CN108164717A - 一种从木材中提取3d打印纤维素增强材料的方法 - Google Patents

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    • C08H8/00—Macromolecular compounds derived from lignocellulosic materials
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    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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Abstract

一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，本发明属于3D打印技术领域，特别是涉及从木材中提取3D打印增强材料的技术领域。本发明的从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法为：一、将木粉放入苯乙醇溶液中进行抽提得到抽提剩余物；二、取抽提剩余物、蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠混合反应，向容器中再加入与上述比例相同的冰醋酸和亚氯酸钠，然后过滤得到沉淀物；三、利用蒸馏水将沉淀物配置成悬浊液，研磨、过滤；四、向上述材料中加入KOH溶液和H3BO3溶液；五、再加入蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠，水浴锅加热，磁力搅拌；六、然后加入KOH溶液进行反应，之后进行超声波破碎处理，最后进行冷冻干燥得到纤维素增强材料。本发明制备的材料用于3D打印。

Description

一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，特别是涉及从木材中提取3D打印增强材料的技术领域。
背景技术
3D打印又称为快速成型技术，也称为增材制造技术，是一种不需要传统刀具、夹具和机床，而是以数字模型文件为基础，使用金属粉末或塑料等具有黏合性的材料逐层打印来制造任意形状物品的技术。3D打印技术是机械工程、计算机技术、数控技术、材料科学等多学科技术的集成。3D打印最难最核心的技术是打印材料的开发。因此开发更为多样多功能的3D打印材料成为未来研究与应用的热点与关键。
3D打印机在我们的生活中越来越普遍了，而且广泛应用于各个领域，现有的3D打印机工作原理为将原料卷在料盘上，原料直接从料盘中引出并导入至喷头中，然后进行加热等后续操作。现有的3D打印材料包括很多，比如金属材料、塑料、铝合金等，但是在现有技术中对于木材中的纤维素增强材料没有人用于尝试3D打印，而且这种材料并不能利用现有的制备方法制备出来。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述存在的技术问题，而提供一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法。
本发明的从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法按以下步骤进行：
一、将木粉放入苯乙醇溶液中进行抽提得到抽提剩余物；
二、取步骤一得到的抽提剩余物、蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠置于容器中混合均匀，然后将容器密封置于水浴锅中加热，同时磁力搅拌；反应1h-2h，向容器中再加入与上述比例相同的冰醋酸和亚氯酸钠，然后过滤得到沉淀物；
三、利用蒸馏水将步骤二中的沉淀物配置成悬浊液，然后放入研磨机中研磨，在出料口处放置一个冰水浴环境中的容器以盛放出料样品，研磨机的转速为1600rpm-1800rpm，研磨10次-20次，之后过滤；
四、向步骤三处理后的材料中加入KOH溶液和H3BO3溶液，在90℃-100℃条件下搅拌1.5h-2.5h得到混合液；所述KOH溶液和H3BO3溶液的体积比为1：(1-3)；
五、向步骤四得到的混合液中再加入蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠，混合均匀，然后置于65℃-69℃的水浴锅中加热，磁力搅拌1h-1.5h；
六、向步骤五处理后的材料中加入KOH溶液，混合均匀，在80℃-100℃条件下反应1.5h-2.5h；然后进行超声波破碎处理，最后进行冷冻干燥得到纤维素增强材料。
优选地，步骤一所述抽提的温度为80℃-90℃，抽提的时间为4h-5h。
优选地，步骤一中所述苯乙醇溶液是由苯和乙醇按照(2-4)∶1的体积比组成。
优选地，步骤二中所述抽提剩余物、蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠的比例分别为(1.5g-2g)：(63mL-67mL)：(0.4mL-0.6mL)：(0.5g-0.7g)。
优选地，步骤四中所述KOH的质量浓度为5％-10％，H3BO3质量浓度为1％-2％。
优选地，步骤五中所述混合液、蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠的比例分别为(1.5g-2g)：(63mL-67mL)：(0.4mL-0.6mL)：(0.5g-0.7g)。
优选地，步骤六中所述KOH溶液的质量浓度为6％-15％。
优选地，步骤六中所述KOH溶液与步骤五处理后的材料的质量比为(2-4)：1。
优选地，步骤六中所述超声的功率为800W-1200W，超声的时间为5min-20min。
本发明相对于现有技术的优点：现有3D打印材料力学性能较差，木材化学成分做为增强材料，能够提升现有3D打印材料的力学性能，实现了木材的高附加值利用，以及3D打印材料的多样性。
本发明提供的从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法解决了上述技术问题，为3D打印技术领域开辟出另一种新的材料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制权利要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例
本发明实施例一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，该方法按以下步骤进行：
一、将木粉放入苯乙醇溶液中进行抽提得到抽提剩余物；
二、取步骤一得到的抽提剩余物、蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠置于容器中混合均匀，然后将容器密封置于水浴锅中加热，同时磁力搅拌；反应1h-2h，向容器中再加入与上述比例相同的冰醋酸和亚氯酸钠，然后过滤得到沉淀物；
三、利用蒸馏水将步骤二中的沉淀物配置成悬浊液，然后放入研磨机中研磨，在出料口处放置一个冰水浴环境中的容器以盛放出料样品，研磨机的转速为1600rpm-1800rpm，研磨10次-20次，之后过滤；
四、向步骤三处理后的材料中加入KOH溶液和H3BO3溶液，在90℃-100℃条件下搅拌1.5h-2.5h得到混合液；所述KOH溶液和H3BO3溶液的体积比为1：(1-3)；
五、向步骤四得到的混合液中再加入蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠，混合均匀，然后置于65℃-69℃的水浴锅中加热，磁力搅拌1h-1.5h；
六、向步骤五处理后的材料中加入KOH溶液，混合均匀，在80℃-100℃条件下反应1.5h-2.5h；然后进行超声波破碎处理，最后进行冷冻干燥得到纤维素增强材料。
其中，步骤一所述抽提的温度为80℃-90℃，抽提的时间为4h-5h。
优选地，步骤一中所述苯乙醇溶液是由苯和乙醇按照(2-4)∶1的体积比组成。
本发明实施例提供的一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，与前述实施方式不同的是，步骤二中所述抽提剩余物、蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠的比例分别为(1.5g-2g)：(63mL-67mL)：(0.4mL-0.6mL)：(0.5g-0.7g)。
第二实施例
本发明实施例一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法。所述一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，与第一实施例中任一具体实施方式不同的是，步骤四中所述KOH的质量浓度为5％-10％，H3BO3质量浓度为1％-2％。
其中，步骤五中所述蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠的比例分别为(63mL-67mL)：(0.4mL-0.6mL)：(0.5g-0.7g)。
本发明实施例提供的一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，与前述实施方式不同的是，步骤六中所述KOH溶液的质量浓度为6％-15％。
本发明实施例提供的一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，与前述实施方式不同的是，步骤六中所述KOH溶液与步骤五处理后的材料的质量比为(2-4)：1。
第三实施例
本发明实施例一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法。所述一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，与第一实施例和第二实施例中任一具体实施方式不同的是，步骤六中所述超声的功率为800W-1200W，超声的时间为5min-20min。
第四实施例
本发明实施例一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法。所述一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，与第一实施例至第三实施例中任一具体实施方式不同的是，从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法按以下步骤进行：
一、将5g木粉放入由苯和乙醇按照1∶1的体积比组成的苯乙醇溶液中进行抽提得到抽提剩余物；所述抽提的温度为80℃，抽提的时间为4h；
二、取步骤一得到的抽提剩余物4g、蒸馏水130mL、冰醋酸1mL和亚氯酸钠1.2g置于容器中混合均匀，然后将容器密封置于水浴锅中加热，同时磁力搅拌；反应1.5h，向容器中再加入与上述比例相同的冰醋酸和亚氯酸钠，然后过滤得到沉淀物；
三、利用蒸馏水将步骤二中的沉淀物配置成悬浊液，然后放入研磨机中研磨，在出料口处放置一个冰水浴环境中的容器以盛放出料样品，研磨机的转速为1700rpm，研磨15次，之后过滤；
四、向步骤三处理后的材料中加入质量浓度为8％的KOH溶液和质量浓度为1.5％的H3BO3溶液，在95℃条件下搅拌2h得到混合液；所述KOH溶液和H3BO3溶液的体积比为1：2；
五、向步骤四得到的混合液中再加入蒸馏水140mL、冰醋酸1.3mL和亚氯酸钠1.2g，混合均匀，然后置于68℃的水浴锅中加热，磁力搅拌1.5h；
六、向步骤五处理后的材料中加入质量浓度为10％的KOH溶液，混合均匀，在90℃条件下反应2h；然后进行超声波破碎处理，最后进行冷冻干燥得到纤维素增强材料。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式和实施例仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，其特征在于：该方法按以下步骤进行：
一、将木粉放入苯乙醇溶液中进行抽提得到抽提剩余物；
二、取步骤一得到的抽提剩余物、蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠置于容器中混合均匀，然后将容器密封置于水浴锅中加热，同时磁力搅拌；反应1h-2h，向容器中再加入与上述比例相同的冰醋酸和亚氯酸钠，然后过滤得到沉淀物；
三、利用蒸馏水将步骤二中的沉淀物配置成悬浊液，然后放入研磨机中研磨，在出料口处放置一个冰水浴环境中的容器以盛放出料样品，研磨机的转速为1600rpm-1800rpm，研磨10次-20次，之后过滤；
四、向步骤三处理后的材料中加入KOH溶液和H3BO3溶液，在90℃-100℃条件下搅拌1.5h-2.5h得到混合液；所述KOH溶液和H3BO3溶液的体积比为1：(1-3)；
五、向步骤四得到的混合液中再加入蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠，混合均匀，然后置于65℃-69℃的水浴锅中加热，磁力搅拌1h-1.5h；
六、向步骤五处理后的材料中加入KOH溶液，混合均匀，在80℃-100℃条件下反应1.5h-2.5h；然后进行超声波破碎处理，最后进行冷冻干燥得到纤维素增强材料。
2.根据权利要求1所述的一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，其特征在于：步骤一所述抽提的温度为80℃-90℃，抽提的时间为4h-5h。
3.根据权利要求1所述的一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，其特征在于：步骤一中所述苯乙醇溶液是由苯和乙醇按照(2-4)∶1的体积比组成。
4.根据权利要求1至3所述的一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，其特征在于：步骤二中所述抽提剩余物、蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠的比例分别为(1.5g-2g)：(63mL-67mL)：(0.4mL-0.6mL)：(0.5g-0.7g)。
5.根据权利要求1所述的一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，其特征在于：步骤四中所述KOH的质量浓度为5％-10％，H3BO3质量浓度为1％-2％。
6.根据权利要求1至3所述的一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，其特征在于：步骤五中所述混合液、蒸馏水、冰醋酸和亚氯酸钠的比例分别为(1.5g-2g)：(63mL-67mL)：(0.4mL-0.6mL)：(0.5g-0.7g)。
7.根据权利要求1所述的一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，其特征在于：步骤六中所述KOH溶液的质量浓度为6％-15％。
8.根据权利要求7所述的一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，其特征在于：步骤六中所述KOH溶液与步骤五处理后的材料的质量比为(2-4)：1。
9.根据权利要求1至3所述的一种从木材中提取3D打印纤维素增强材料的方法，其特征在于：步骤六中所述超声的功率为800W-1200W，超声的时间为5min-20min。
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