CN110511546A - 一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，包括；本发明中的一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，现有的3D打印材料采用生物质聚合物复合材料的很少，且生物降解性有待加强，本发明所述的熔融沉积成型用麦秸粉/聚乳酸复合线材打印的制品具有木质感，原料麦秸粉与聚乳酸都完全生物可降解，不会对环境造成任何污染，并且麦秸粉的加入大大加速了材料的降解速率，符合绿色环保的生态理念，且打印的制品防腐防霉，也可以在一定程度上起到节约成本的作用。

Description

一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法
技术领域
本发明涉及聚乳酸复合线材技术领域，特别是涉及一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法。
背景技术
目前，3D打印的重要性已经得到验证，并广泛地应用于工业界。现有的特殊金属粉末等材料主要适用于工业级的3D打印且价格昂贵，可用于家用的3D打印材料仅限于石膏、树脂、塑料等，远远不能满足市场需求。在众多3D打印技术中，熔融沉积成型(FDM)技术最为常见,其设备结构简单,价格低廉,操作工艺便捷,打印过程为将热塑性丝状材料从加热喷嘴中熔融,并按照设计的轨迹挤出以构建三维实体。显然，提出更多的可用于3D打印的新型复合材料，具有很大的市场前景，并且对于解决3D打印的材料瓶颈具有重要价值。随着国家对绿色环保提出越来越多的要求，有必要制备出完全生物可降解的3D打印材料，避免不可再生资源的浪费。近些年，生物质聚合物复合材料作为一种特殊的绿色环保材料，不仅具有塑料防腐防霉的优点，还有特殊的木质感。作为生物质聚合物复合材料的一种，麦塑复合材料，主要是利用塑料作为基体，麦秸粉在基体中作为增强体以提高体系的力学性能。麦秸资源丰富，可完全降解，将其用于FDM型3D打印材料的制备，不仅可以解决麦秸被大量随意燃烧给东北地区带来的的环境污染问题，对于发展麦秸经济也具有一定意义。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，现有的3D打印材料采用生物质聚合物复合材料的很少，且生物降解性有待加强，本发明所述的熔融沉积成型用麦秸粉/聚乳酸复合线材打印的制品具有木质感，原料麦秸粉与聚乳酸都完全生物可降解，不会对环境造成任何污染，并且麦秸粉的加入大大加速了材料的降解速率，符合绿色环保的生态理念，且打印的制品防腐防霉，也可以在一定程度上起到节约成本的作用。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，包括以下重量份原料：麦秸粉0.1-15份，聚乳酸85-109份，偶联剂0.001-1.4份，相容剂0.05-2.5份，润滑剂0.02-2份。
作为本发明的进一步改进，包括以下重量份原料：麦秸粉1-5份，聚乳酸95-99份，偶联剂0.02-0.4份，相容剂0.5-1.5份，润滑剂0.2-1份。
作为本发明的进一步改进，所述的麦秸粉的粒径为100-120目。
作为本发明的进一步改进，所述的聚乳酸是乳酸或丙交酯的缩聚物。
作为本发明的进一步改进，所述的偶联剂是硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂，木质素偶联剂，锡偶联剂中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述的相容剂是马来酸酐接枝聚乙烯共聚物，马来酸酐接枝聚丙烯共聚物中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述的润滑剂是聚乙烯蜡，石蜡中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，其制备方法如下：
步骤1、麦秸粉的筛选：麦秸粉先经过100目的标准筛去除粗粉料，然后经过120目的标准筛去除细粉料，最后获得粒径在100-120目的麦秸粉粉料；
步骤2、偶联剂的水解：称取重量份数为5-15份的95％的乙醇，用醋酸调节乙醇的PH值在3-4备用，称取重量份数为0.02-0.4份的偶联剂，将称量好的偶联剂在搅拌条件下滴入乙醇溶液中，滴加速度为60-150滴/min，搅拌速度为300-500rad/min，搅拌时间为1-6h，待偶联剂充分水解后备用；
步骤3、麦秸粉的改性：称取重量份数为1-5份的步骤1获得的麦秸粉粉料，将称量好的麦秸粉粉料倒入高速混合机，在60℃下用步骤2水解好的偶联剂溶液对麦秸粉进行喷淋，喷淋完毕后继续搅拌10-30min，搅拌速度1000-5000rad/min，搅拌完毕后取出麦秸粉于室温下晾置6-12h，然后放入烘箱在80-105℃下干燥24h，自然冷却后备用；
步骤4、原料的混合：将步骤3改性的麦秸粉、重量份数为95-99份的聚乳酸、重量份数为0.5-1.5份的相容剂、重量份数为0.2-1份的润滑剂在高速混合机中高速混合，混合搅拌速度1000-5000rad/min，搅拌时间30-60min，得到混合均匀的物料；
步骤5、粒料的制备：将步骤4混合均匀的物料在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出机的参数设置为：一区温度152-160℃，二区温度162-170℃，三区温度165-175℃，四区温度175-180℃，五区温度175-180℃，六区温度172-180℃，七区温度165-175℃，熔料挤出冷却后粉碎制得粒料；
步骤6、拉丝成型：将步骤5制得的粒料加入到高精密3D打印耗材挤出试验机，进行拉丝成型，拉丝成型挤出机的参数设置为：水温35-45℃，料筒一区160-170℃，料筒二区165-175℃，模具165-175℃，主机速度设定为30-50Hz，牵引速度设定为20-30Hz，获得熔融沉积成型用麦秸粉复合线材。
本发明的有益效果是：本发明中的一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，现有的3D打印材料采用生物质聚合物复合材料的很少，且生物降解性有待加强，本发明所述的熔融沉积成型用麦秸粉/聚乳酸复合线材打印的制品具有木质感，原料麦秸粉与聚乳酸都完全生物可降解，不会对环境造成任何污染，并且麦秸粉的加入大大加速了材料的降解速率，符合绿色环保的生态理念，且打印的制品防腐防霉，也可以在一定程度上起到节约成本的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明工艺流程示意图；
图2为本发明在不同碱液浓度下的降解速度曲线；
图3为本发明熔融沉积成型原理图；
图4为纯聚乳酸线材在不同碱液浓度下的降解速度曲线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描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，本领域普通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，都应当属于本发明保护的范围。
在本发明的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分扩大，因此，仅用于图示本发明的主题的基本结构。
本文使用的例如“左”、“右”、“左侧”、“右侧”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“右侧”的单元将位于其他单元或特征“左侧”。因此，示例性术语“右侧”可以囊括左侧和右侧这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
实施例1
一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，包括以下重量份原料：麦秸粉0.1份，聚乳酸85份，偶联剂0.001份，相容剂0.05份，润滑剂0.02份。
实施例2
一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，包括以下重量份原料：麦秸粉15份，聚乳酸109份，偶联剂1.4份，相容剂2.5份，润滑剂2份。
实施例3
一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，包括以下重量份原料：麦秸粉3份，聚乳酸97份，偶联剂0.21份，相容剂1份，润滑剂0.6份。
进一步地，所述的麦秸粉的粒径为100-120目，。
其中，所述的聚乳酸是乳酸或丙交酯的缩聚物。
进一步地，所述的偶联剂是硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂，木质素偶联剂，锡偶联剂中的至少一种。
进一步地，所述的相容剂是马来酸酐接枝聚乙烯共聚物，马来酸酐接枝聚丙烯共聚物中的至少一种。
进一步地，所述的润滑剂是聚乙烯蜡，石蜡中的至少一种。。
一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，其特征在于，其制备方法如下：
步骤1、麦秸粉的筛选：麦秸粉先经过100目的标准筛去除粗粉料，然后经过120目的标准筛去除细粉料，最后获得粒径在100-120目的麦秸粉粉料；
步骤2、偶联剂的水解：称取重量份数为5-15份的95％的乙醇，用醋酸调节乙醇的PH值在3-4备用，称取重量份数为0.02-0.4份的偶联剂，将称量好的偶联剂在搅拌条件下滴入乙醇溶液中，滴加速度为60-150滴/min，搅拌速度为300-500rad/min，搅拌时间为1-6h，待偶联剂充分水解后备用；
步骤3、麦秸粉的改性：称取重量份数为1-5份的步骤1获得的麦秸粉粉料，将称量好的麦秸粉粉料倒入高速混合机，在60℃下用步骤2水解好的偶联剂溶液对麦秸粉进行喷淋，喷淋完毕后继续搅拌10-30min，搅拌速度1000-5000rad/min，搅拌完毕后取出麦秸粉于室温下晾置6-12h，然后放入烘箱在80-105℃下干燥24h，自然冷却后备用；
步骤4、原料的混合：将步骤3改性的麦秸粉、重量份数为95-99份的聚乳酸、重量份数为0.5-1.5份的相容剂、重量份数为0.2-1份的润滑剂在高速混合机中高速混合，混合搅拌速度1000-5000rad/min，搅拌时间30-60min，得到混合均匀的物料；
步骤5、粒料的制备：将步骤4混合均匀的物料在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出机的参数设置为：一区温度152-160℃，二区温度162-170℃，三区温度165-175℃，四区温度175-180℃，五区温度175-180℃，六区温度172-180℃，七区温度165-175℃，熔料挤出冷却后粉碎制得粒料；
步骤6、拉丝成型：将步骤5制得的粒料加入到高精密3D打印耗材挤出试验机，进行拉丝成型，拉丝成型挤出机的参数设置为：水温35-45℃，料筒一区160-170℃，料筒二区165-175℃，模具165-175℃，主机速度设定为30-50Hz，牵引速度设定为20-30Hz，获得熔融沉积成型用麦秸粉复合线材。
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明中的一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，现有的3D打印材料采用生物质聚合物复合材料的很少，且生物降解性有待加强，本发明所述的熔融沉积成型用麦秸粉/聚乳酸复合线材打印的制品具有木质感，原料麦秸粉与聚乳酸都完全生物可降解，不会对环境造成任何污染，并且麦秸粉的加入大大加速了材料的降解速率，符合绿色环保的生态理念，且打印的制品防腐防霉，也可以在一定程度上起到节约成本的作用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，其特征在于，包括以下重量份原料：麦秸粉0.1-15份，聚乳酸85-109份，偶联剂0.001-1.4份，相容剂0.05-2.5份，润滑剂0.02-2份。
2.根据权利要求1所述的一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，其特征在于，包括以下重量份原料：麦秸粉1-5份，聚乳酸95-99份，偶联剂0.02-0.4份，相容剂0.5-1.5份，润滑剂0.2-1份。
3.根据权利要求1所述的一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，其特征在于，所述的麦秸粉的粒径为100-120目。
4.根据权利要求1所述的一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，其特征在于，所述的聚乳酸是乳酸或丙交酯的缩聚物。
5.根据权利要求1所述的一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，其特征在于，所述的偶联剂是硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂，木质素偶联剂，锡偶联剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，其特征在于，所述的相容剂是马来酸酐接枝聚乙烯共聚物，马来酸酐接枝聚丙烯共聚物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，其特征在于，所述的润滑剂是聚乙烯蜡，石蜡中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种熔融沉积成型用聚乳酸复合线材的制备方法，其特征在于，其制备方法如下：
步骤1、麦秸粉的筛选：麦秸粉先经过100目的标准筛去除粗粉料，然后经过120目的标准筛去除细粉料，最后获得粒径在100-120目的麦秸粉粉料；
步骤2、偶联剂的水解：称取重量份数为5-15份的95％的乙醇，用醋酸调节乙醇的PH值在3-4备用，称取重量份数为0.02-0.4份的偶联剂，将称量好的偶联剂在搅拌条件下滴入乙醇溶液中，滴加速度为60-150滴/min，搅拌速度为300-500rad/min，搅拌时间为1-6h，待偶联剂充分水解后备用；
步骤3、麦秸粉的改性：称取重量份数为1-5份的步骤1获得的麦秸粉粉料，将称量好的麦秸粉粉料倒入高速混合机，在60℃下用步骤2水解好的偶联剂溶液对麦秸粉进行喷淋，喷淋完毕后继续搅拌10-30min，搅拌速度1000-5000rad/min，搅拌完毕后取出麦秸粉于室温下晾置6-12h，然后放入烘箱在80-105℃下干燥24h，自然冷却后备用；
步骤4、原料的混合：将步骤3改性的麦秸粉、重量份数为95-99份的聚乳酸、重量份数为0.5-1.5份的相容剂、重量份数为0.2-1份的润滑剂在高速混合机中高速混合，混合搅拌速度1000-5000rad/min，搅拌时间30-60min，得到混合均匀的物料；
步骤5、粒料的制备：将步骤4混合均匀的物料在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出机的参数设置为：一区温度152-160℃，二区温度162-170℃，三区温度165-175℃，四区温度175-180℃，五区温度175-180℃，六区温度172-180℃，七区温度165-175℃，熔料挤出冷却后粉碎制得粒料；
步骤6、拉丝成型：将步骤5制得的粒料加入到高精密3D打印耗材挤出试验机，进行拉丝成型，拉丝成型挤出机的参数设置为：水温35-45℃，料筒一区160-170℃，料筒二区165-175℃，模具165-175℃，主机速度设定为30-50Hz，牵引速度设定为20-30Hz，获得熔融沉积成型用麦秸粉复合线材。
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