CN110436873B - 一种可应用于3d打印的无机胶凝材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可应用于3D打印的无机胶凝材料及其制备方法，原料包括以下组分：聚乙烯醇、柠檬酸、无机胶凝材料和纯水；本发明提供了一种可塑性的混凝土制备方法，该方法制备的混凝土具有可塑性强、强度高、韧性好、耐水性能良好，适于工业化生产。

Description

一种可应用于3D打印的无机胶凝材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及3D打印材料技术领域，特别涉及一种可应用于3D打印的无机胶凝材料及其制备方法。

背景技术

3D打印是一种快速成型技术，广泛应用于模具制造、工业设计、土木工程、汽车、雕塑、医疗等领域。目前，3D打印技术一般是指将粉状的金属、陶瓷或塑料等原材料熔融，然后在电脑控制下有序从3D打印机喷枪“飞溅”，经空气快速冷却（或快速光固化等）而层层堆砌成一定形状的技术方案。由于现有技术中3D打印对材料的温敏性或光敏性的要求较高，导致可应用于3D打印的材料非常有限。3D打印技术的设备、材料、工艺等成本较高，限制了该技术在工业上的推广应用。

发明内容

基于以上原因，本发明提供了一种可应用于3D打印的无机胶凝材料，原料来源丰富，成本低，生产工艺简单。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

1.一种可应用于3D打印的无机胶凝材料，包含下列原料：聚乙烯醇、柠檬酸、无机胶凝剂和纯水。按重量份数计，可应用于3D打印的无机胶凝材料包括以下组分：聚乙烯醇40~60份；柠檬酸50~70份；无机胶凝剂30-80份；硅烷偶联剂1~2份；碳酸氢钠0.5~2份；纯水：30~60份

2.进一步的，本发明公开的可应用于3D打印的无机胶凝材料，所述无机胶凝剂为水泥、石膏、氯化钙、水玻璃、石灰中的至少一种。其中，涉及的水泥为快硬水泥。

3.进一步的，本发明公开的可应用于3D打印的无机胶凝材料，利用了四硼酸钠能跟一定浓度的聚乙烯醇水溶液发生水凝胶反应的特性，还包括按重量份数计的以下组分：四硼酸钠5份；气相二氧化硅10份；增强纤维5份。

4. 进一步的，本发明公开的可应用于3D打印的无机胶凝材料，所述增强纤维为玻璃纤维、聚酯纤维、植物纤维中的一种或几种。

5. 进一步的，本发明公开的可应用于3D打印的无机胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：

1）聚乙烯醇溶液制备：在容器中加入聚乙烯醇和纯水，常温静置24-48小时，升温至70~80℃搅拌半小时，制得聚乙烯醇水溶液。

2）聚乙烯醇-柠檬酸溶液制备：向上述聚乙烯醇溶液中加入柠檬酸，在60~70℃下，搅拌反应6-12小时，调节pH值至7-9，加入硅烷偶联剂，得到聚乙烯醇-柠檬酸溶液。

3）粉料制备：将四硼酸钠、无机胶凝剂、气相二氧化硅、玻璃纤维等按比例混合均匀制得粉料。

4）可应用于3D打印的无机胶凝材料的制备：所述可应用于3D打印的无机胶凝材料使用前，应将步骤3）制得的粉料，按重量比加入水，充分搅拌，使四硼酸钠、石膏等粉料充分溶解，随后，立即与步骤2）所述的聚乙烯醇-柠檬酸溶液按比例混合，混合均匀后，所得混合物即为可应用于3D打印的无机胶凝材料 。

5）可应用于3D打印的无机胶凝材料的使用方法：

相比与现有技术，本发明的有益效果是：

1）按照本发明技术方案制得的可应用于3D打印的无机胶凝材料，安全无毒，环境友好。

2）不同于现有技术中采用加热熔融材料，后经空气冷却固化的原理，而且，本发明涉及的原料来源丰富，价格低廉，最终使生产成本降低，更加经济性、实用性。

3)结合了无机材料的硬度和有机材料的韧度，使本发明技术方案制得的可应用于3D打印的无机胶凝材料强度高、耐高温性好。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都在本发明保护的范围之内。

实施例1

一种可应用于3D打印的无机胶凝材料，原料内各组分如表1所示，其中，聚乙烯醇聚合度为5000~7000，醇解度为96~99%。

一种可应用于3D打印的无机胶凝材料的制备方法如下：

步骤一，聚乙烯醇溶液制备：在容器中加入聚乙烯醇和纯水，常温静置48小时，升温至80℃搅拌半小时，使聚乙烯醇充分溶解，制得聚乙烯醇水溶液。

步骤二，聚乙烯醇-柠檬酸溶液制备：向上述聚乙烯醇溶液中加入柠檬酸，在70℃下，搅拌反应6小时，调节pH值至7，得到聚乙烯醇-柠檬酸溶液。

步骤三，粉料制备：将四硼酸钠、石膏按比例混合均匀制得粉料。

步骤四，可应用于3D打印的无机胶凝材料的制备：可应用于3D打印的无机胶凝材料使用前，应将步骤三制得的粉料，按重量比加入水，充分搅拌，使四硼酸钠、石膏等粉料充分溶解，随后，立即与步骤二所述的聚乙烯醇-柠檬酸溶液按比例混合，混合均匀后，所得混合物即为可应用于3D打印的无机胶凝材料 。

实施例2

一种可应用于3D打印的无机胶凝材料，原料内各组分如表1所示，其中，聚乙烯醇聚合度为5000~7000，醇解度为96~99%。

一种可应用于3D打印的无机胶凝材料的制备方法如下：

步骤一，聚乙烯醇溶液制备：在容器中加入聚乙烯醇和纯水，常温静置24小时，升温至90℃搅拌半小时，使聚乙烯醇充分溶解，制得聚乙烯醇水溶液。

步骤二，聚乙烯醇-柠檬酸溶液制备：向上述聚乙烯醇溶液中加入柠檬酸，在70℃下，搅拌反应12小时，加入碳酸氢钠，调节pH值至7，得到聚乙烯醇-柠檬酸溶液。

步骤三，粉料制备：将四硼酸钠、石膏按比例混合均匀制得粉料。

步骤四，可应用于3D打印的无机胶凝材料的制备：可应用于3D打印的无机胶凝材料使用前，应将步骤三制得的粉料，按重量比加入水，充分搅拌，使四硼酸钠、石膏等粉料充分溶解，随后，立即与步骤二所述的聚乙烯醇-柠檬酸溶液按比例混合，混合均匀后，所得混合物即为可应用于3D打印的无机胶凝材料 。

实施例3

一种可应用于3D打印的无机胶凝材料，原料内各组分如表1所示，其中，聚乙烯醇聚合度为5000~7000，醇解度为96~99%。

一种可应用于3D打印的无机胶凝材料的制备方法与实施例2一致。

实施例4

一种可应用于3D打印的无机胶凝材料，原料内各组分如表1所示，其中，聚乙烯醇聚合度为5000~7000，醇解度为96~99%。

一种可应用于3D打印的无机胶凝材料的制备方法与实施例2一致。

表1 单位：Kg

	聚乙烯醇	柠檬酸	氯化钙	四硼酸钠	石膏	快硬水泥	气象二氧化硅	玻璃纤维	560	碳酸氢钠
											实施例1	60	50	0	5	30	0	0	0	0	0
实施例2	60	50	10	0	0	30	10	0	0	1
											实施例3	60	50	10	5	30	20	0	0	2	1
实施例4	60	50	10	5	30	20	10	5	2	1

Claims (5)

1.一种可应用于3D打印的无机胶凝材料，其特征在于，按重量份数计，可应用于3D打印的无机胶凝材料包括以下组分：聚乙烯醇40~60份；柠檬酸50~70份；无机胶凝剂30-80份；硅烷偶联剂1~2份；碳酸氢钠0.5~2份；纯水：30~60份；四硼酸钠5份；气相二氧化硅10份；增强纤维5份;

其中，所述无机胶凝剂为水泥、石膏、氯化钙、水玻璃、石灰中的至少一种；

其中，所述无机胶凝材料包括如下制备步骤：

1）聚乙烯醇溶液制备：在容器中加入聚乙烯醇和纯水，常温静置24-48小时，升温至70~80℃搅拌半小时，制得聚乙烯醇水溶液；

2）聚乙烯醇-柠檬酸溶液制备：向上述聚乙烯醇溶液中加入柠檬酸，在60~70℃下，搅拌反应6-12小时，加入碳酸氢钠，调节pH值至7-9，加入硅烷偶联剂，得到聚乙烯醇-柠檬酸溶液。

2.根据权利要求1所述的可应用于3D打印的无机胶凝材料，其特征在于，所述水泥为快硬水泥。

3.根据权利要求1所述的可应用于3D打印的无机胶凝材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为：560硅烷偶联剂、550硅烷偶联剂中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的可应用于3D打印的无机胶凝材料，其特征在于，所述增强纤维为玻璃纤维、聚酯纤维、植物纤维中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的可应用于3D打印的无机胶凝材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）聚乙烯醇溶液制备：在容器中加入聚乙烯醇和纯水，常温静置24-48小时，升温至70~80℃搅拌半小时，制得聚乙烯醇水溶液；

2）聚乙烯醇-柠檬酸溶液制备：向上述聚乙烯醇溶液中加入柠檬酸，在60~70℃下，搅拌反应6-12小时，加入碳酸氢钠，调节pH值至7-9，加入硅烷偶联剂，得到聚乙烯醇-柠檬酸溶液；

3）粉料制备：将四硼酸钠、无机胶凝剂、气相二氧化硅按比例混合均匀制得粉料；

4）可应用于3D打印的无机胶凝材料的制备：所述可应用于3D打印的无机胶凝材料使用前，应将步骤3）制得的粉料，按重量比加入水，充分搅拌，使四硼酸钠、石膏等粉料充分溶解，随后，立即与步骤2）所述的聚乙烯醇-柠檬酸溶液按比例混合，混合均匀后，所得混合物即为可应用于3D打印的无机胶凝材料 。