The invention provides a reusable 3D printing material and a preparation method thereof. It is made from supramolecular polymer matrix, organic, inorganic fillers, plasticizers, pigments and other raw materials. Its preparation includes the process of matrix resin synthesis, mixing, extrusion and cooling. Supramolecular polymer matrix is based on four-fold hydrogen bonding. Different polymers are selected as intermediate segments, different preparation methods are selected, and organic and inorganic fillers are added to prepare a series of polymer materials with different melting temperature and mechanical properties, which can be designed according to different requirements. The obtained material can be melt extruded at a lower temperature (35 C) and can be used for the preparation of models containing heat sensitive materials. The printed model can be recycled and melted into filaments after direct cleaning, effectively avoiding the waste of raw materials, saving the cost of use, and improving economic benefits.
【技术实现步骤摘要】
可重复使用的3D打印材料及其制备方法
本专利技术涉及的是一种3D打印用材料,具体地说是一种基于四重氢键超分子聚合物的3D打印用材料。本专利技术涉及的是一种3D打印用材料的制备方法。
技术介绍
熔融沉积成型(FusedDepositionModeling,FDM)是指条带棒状热熔融性材料由供丝机构送进喷头,在喷头中加热到熔融态,经喷嘴挤出。熔融态的丝状材料被挤压出来,按照CAD分层数据控制的路径挤压并沉积在指定的位置凝固成型,逐层沉积、凝固后形成整个三维产品。其操作过程工艺简单、易于操作且不产生垃圾、清洁、无有毒气体或化学物质的释放;原材料以卷轴丝的形式提供,易于搬运和快速更换;可选用多种材料,如ABS、PC、PPSF、浇铸用蜡、PLA等。柔性材料是一种介于橡胶和热塑性塑料特性的高分子材料,具有橡胶和塑料的双重性和宽广特性,常温下具有橡胶的高弹性,在高温下又能塑化成型,且具备多种级别的柔性材料特征:类似橡胶的肖氏A级硬度、断裂伸长率、抗撕裂强度和拉伸强度,非常适合于要求防滑或柔软表面的应用领域,如衣物、鞋子、成人用品、电子器件、汽车配件、母婴用品、服饰配饰、按摩器材、运动用品、卫浴用品、包装容器、医疗器材、薄膜外壳、手柄包胶、餐具、儿童玩具等均有广泛的应用。目前3D打印中所使用的耗材如PPSF、浇铸用蜡、PLA等基本都为硬质热塑性材料,无法满足生活和工业中的需求。为此开发出高柔、高弹性的耗材将大大提升3D打印的适用范围。传统工艺所使用的3D打印耗材均为高温熔融挤出塑料(挤出成型温度约为200℃),不能应用于温度敏感模型的制备,如含有生物活性蛋白和组织细胞的组 ...
【技术保护点】
1.一种可重复使用的3D打印材料,其特征是是由超分子聚合物基体树脂、填料、增塑剂及颜料制备出的不同熔融温度与机械性能的聚合物材料。
【技术特征摘要】
1.一种可重复使用的3D打印材料,其特征是是由超分子聚合物基体树脂、填料、增塑剂及颜料制备出的不同熔融温度与机械性能的聚合物材料。2.根据权利要求1所述的可重复使用的3D打印材料,其特征是所述的超分子聚合物以四重氢键结构作为端基与聚合物中间链段相连构成,所述的四重氢键结构是如下结构中的至少一个,其中代表氢键,R1与R2相同或不相同选自以下结构:1)C1-C20的直连或支链烷基;2)C6-C12的芳香基;3)C7-C12的烷芳基;4)C7-C12的芳烷基;5)包含1-4个脲基取代基的C1-C10的烷基,所述脲基的结构为其中R3为以下基团中的任意一个a)H;b)C1-C6直链或支链烷基;6)聚酯结构其中R4和Y为以下基团中的任意一个c)H;d)C1-C6直链或支链烷基;n为1-12,m为10-100;7)聚醚结构其中R5、R6和Y为以下基团中的任意一个e)H;f)C1-C6直链或支链烷基;n为1-6;o为10-100;8)聚烯烃结构所述聚烯烃结构为下列其中一种其中其中R7、R8、R9、R10和Y为以下基团中的任意一个g)H;h)C1-C6直链或支链烷基;i)C1-C6直链或支链烯基;p为10-100;四重氢键结构通过R1和/或R2与聚合物中间链段相连接成为超分子聚合物主链,四重氢键结构未与聚合物中间链段连接的即为超分子聚合物侧链。3.根据权利要求2所述的可重复使用的3D打印材料,其特征是所述的超分子聚合物基体中有10-100个四重氢键基团与聚合物中间链段相连。4.根据权利要求3所述的可重复使用的3D打印材料,其特征是所述的聚合物中间链段是如下结构中的一个或多个,1)聚酯结构其中R4和Y为以下基团中的任意一个a)H;b)C1-C6直链或支链烷基;n为1-12,m为10-100;2)聚醚结构其中R5、R6和Y为以下基团中的任意一个c)H;d)C1-C6直链或支链烷基;n为1-6;o为10-100;3)聚烯烃结构聚烯烃结构为下列其中一种其中R7、R8、R9、R10和Y为以下基团中的任意一个e)H;f)C1-C6直链或支链烷基;g)C1-C6直链或支链烯基;p、q为10-100。5.根据权利要求4所述的可重复使用的3D打印材料,其特征是填料包括为以下几种或多种:1)纳米碳酸钙2)纳米二氧化钛3)纳米羟基磷灰石4)白炭黑5)纳米碳黑6)蛭石7)蒙脱土8)高岭土9)硅藻土10)锂皂石11)滑石粉12)石墨烯13)碳纳米管14)云母粉15)玻璃粉16)GRGDS蛋白多肽17)PHSRN蛋白多肽。6.根据权利要求5所述可重复使用的3D打印材料,其特征是填料含量为不超过总重量的50%;颜料含量为不超过总重量的5%。7.一种可重复使用的3D打印材料的制备方法,其特征是:将超分子聚合物基体树脂、填料、增塑剂及颜料混合后,加入氯仿溶解调成糊状,经浓缩、干燥后得到均匀分散的超分子聚合物基3D打印材料。8.根据权利要求7所述的可重复使用的3D打印材料的制备方法,其特征是:所述的超分子聚合物基体树脂的制备方法为:(1)采用如下方法之一制备合成子:(1.1)合成子1的制备方法甲基异胞嘧啶10g与羰基二咪唑20.7g在氩气氛围下加热至100℃反应2小时,反应完成后得到白色沉淀,冷却至室温,过滤,用干燥的丙酮洗涤后得结构式为的白色粉末;(1.2)合成子2的制备方法甲基异胞嘧啶65g与六亚甲基二异氰酸酯在氩气保护下100℃搅拌反应16h,反应完成后得到白色沉淀,冷却至室温后加入1L正己烷并搅拌1h,过滤,用正己烷洗涤过洗涤,真空干燥得到结构式为的白色粉末;(1.3)合成子3的制备方法甲基异胞嘧啶5.2g与异氟尔酮二异氰酸酯在氩气保护下90℃搅拌反应3天,反应完成后得到透明溶液,冷却至室温,滴加至正庚烷中,得到白色絮状沉淀,用正庚烷过滤洗涤,真空干燥得到结构式为的白色粉末;(2)采用以下方法之一制备单体化合物:(2.1)单体1的制备方法2-乙酰丁内酯20ml、碳酸胍33g和三乙胺5.2ml在氩气氛围下于无水乙醇200ml中加热回流24h,反应完成后得到白色沉淀,冷却后过滤,乙醇过滤洗涤得到白色粉末,将所述白色粉末分散至去离子水中,用柠檬酸水溶调节pH值为6,过滤,用去离子水洗涤至滤液pH值不变,真空干燥,得到结构式为的白色粉末;(2.2)单体2的制备方法碳酸胍20g,2-乙酰基戊二酸二乙酯12ml在氩气氛围下于无水乙醇100ml中加热回流反应24h,减压蒸掉溶剂,得到的固体物质用冷水溶解,加入柠檬酸调节pH值至6,过滤,去离子水洗涤至pH不变,真空干燥得到结构式为的白色粉末;(2.3)单体3的制备方法单体110g与HDI120ml在氩气氛围下90℃搅拌过夜,反应完成后得到澄清溶液,冷却至室温,滴加至正己烷中析出白色沉淀,过滤,正己烷洗涤,真空干燥得到结构式为的白色粉末;(2.4)单体4的制备方法单体112g与IPDI150ml在氩气氛围下90℃搅拌过夜,反应完成后得到澄清溶液,冷却至室温,滴加至正己烷中析出白色沉淀,过滤,正己烷洗涤,真空干燥得到结构式为的白色粉末;(2.5)单体5的制备方法单体27.1g,羰基二咪唑8.23g在氩气保护下于DMF中100℃搅拌反应3h,反应完毕得到澄清溶液,冷却至室温,沉淀物过滤并用干燥的丙酮洗涤,真空干燥后得到结构式为的白色粉末;(2.6)单体6的制备方法单体5与6-氨基-1-己醇等摩尔比量加入干燥氯仿溶液中,氩气保护下加热搅拌回流过夜,反应完成后得到澄清溶液,冷却至室温,用饱和食盐水和去离子萃取,分出油相,用无水硫酸钠干燥,加入正己烷中得到白色沉淀,洗涤,真空干燥得到结构式为的白色粉末;(2.7)单体7的制备方法合成子22.95g、L-丝氨酸1.56g和三乙胺1.6ml加入干燥的氯仿中在氩气氛围下加热回流过夜,反应完毕后得到白色沉淀,冷却至室温,过滤,用氯仿和乙醇依次洗涤,真空干燥得到结构式为的白色粉末;(2.8)单体8的制备方法合成子23.7g、二乙醇胺1.33g和三乙胺1.6ml加入干燥的THF中在氩气氛围下加热回流20h,反应完毕后得到白色沉淀,冷却至室温,过滤,用THF洗涤,真空干燥得到结构式为的黄色蜡状固体;(2.9)单体9的制备方法合成子19.3g、L-谷氨酸二乙酯盐酸盐10.2g和6.5ml三乙胺在氩气氛围下于150mlTHF中常温搅拌20h,缓慢加入无水丙酮有沉淀析出,过滤,用干燥的丙酮洗涤,真空干燥后得到结构式为的白色粉末;(2.10)单体10的制备方法2-氨基-1,3-丙二醇5.4g、合成子122g在氩气氛围下于150mlTHF中常温搅拌20h,加入去离子水洗涤三次,分出油层,用无水硫酸钠干燥,减压浓缩,冷却结晶,过滤后得到结构式为的白色粉末;(2.11)单体11的制备方法6-异氰酰己炔羧酸乙酯12ml逐滴加入含有单体212.3g的THF100ml溶液中,氩气氛围下加热回流20h,冷却至室温,过滤,用THF洗涤,真空干燥得到结构式为的白色粉末;(3)采用下列方法之一制备聚合物(3.1)聚合物1的制备方法22.4g氢化聚丁二烯二醇在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入4.3g合成子2,500ml氯仿和微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,加入干燥的硅胶和微量的二月桂酸二丁基锡,继续反应24h,冷却至室温,过滤取滤液,浓缩至100ml,加入甲醇得到白色沉淀,用甲醇洗涤,真空干燥,得到无色透明的结构式为的弹性体材料;(3.2)聚合物2的制备方法22.4g氢化聚丁二烯二醇在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入4.3g合成子2,500ml氯仿和微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,加入干燥的硅胶和微量的二月桂酸二丁基锡,继续反应24h,冷却至室温,过滤取滤液,浓缩至100ml,加入甲醇得到白色沉淀,用甲醇洗涤,真空干燥,得到无色透明的结构式为的弹性体材料;(3.3)聚合物3的制备方法11.2g氢化聚丁二烯二醇在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入2.15g合成子2,500ml氯仿和微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,加入干燥的硅胶和微量的二月桂酸二丁基锡,继续反应24h,冷却至室温,过滤取滤液,稀释至1000ml,加入0.15g1,6-己二硫醇,在365nm紫外光照射下搅拌反应5h,浓缩溶液至200ml,加入甲醇得到白色沉淀,用甲醇洗涤,真空干燥,得到无色透明的结构式为的弹性体材料;(3.4)聚合物4的制备方法22g线性端羟基聚乙烯在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入6.15g合成子2,500ml氯仿和微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,加入干燥的硅胶和微量的二月桂酸二丁基锡,继续反应24h,冷却至室温,过滤取滤液,浓缩至100ml,加入甲醇得到白色沉淀,用甲醇洗涤,真空干燥,得到白色结晶态的结构式为的硬质材料;(3.5)聚合物5的制备方法6.93g聚氧化丙烯二醇在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入2.13g合成子2,200mL氯仿和微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,加入干燥的硅胶和微量的二月桂酸二丁基锡,继续反应24h,冷却至室温,过滤取滤液,浓缩至50ml,加入正己烷得到白色沉淀,用正己烷洗涤,真空干燥,得到无色透明的结构式为的粘流态材料;(3.)聚合物6的制备方法24.8g三官能度端羟基聚氧化乙烯/丙烯三醇在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入4.36g合成子2,500ml氯仿和微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,加入干燥的硅胶和微量的二月桂酸二丁基锡,继续反应24h,冷却至室温,过滤取滤液,浓缩至100ml,加入正己烷得到白色沉淀,用正己烷洗涤,真空干燥,得到无色透明的结构式为的弹性体材料;(3.7)聚合物7的制备方法20g端羟基聚四氢呋喃二醇在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入4.36g合成子2,500ml氯仿和微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,加入干燥的硅胶和微量的二月桂酸二丁基锡,继续反应24h,冷却至室温,过滤取滤液,浓缩至100ml,加入正己烷得到白色沉淀,用正己烷洗涤,真空干燥,得到白色结晶态的结构式为的弹性体材料;(3.8)聚合物8的制备犯法20g端羟基聚己内酯二醇在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入4.36g合成子2,500ml氯仿和微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,加入干燥的硅胶和微量的二月桂酸二丁基锡,继续反应24h,冷却至室温,过滤取滤液,浓缩至100ml,加入正己烷得到白色沉淀,用正己烷洗涤,真空干燥,得到白色结晶态的结构式为的弹性体材料;(3.9)聚合物9的制备方法聚乙二醇7.78g在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入100ml氯仿中搅拌加热至60℃,2.0g单体3溶解于50ml氯仿中,滴加至体系中,滴加完毕后加入微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,冷却至室温,加入乙醚得到白色沉淀,用乙醚洗涤,真空干燥,得到白色半结晶状的结构式为的弹性体材料;(3.10)聚合物10的制备方法13.5g聚氧化乙烯/丙烯共聚物二醇在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入200ml氯仿中搅拌加热至60℃,1.14g单体3溶解于50ml氯仿中,缓慢滴加至体系中,滴加完毕后加入微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,冷却至室温,加入正己烷得到白色沉淀,用正己烷洗涤,真空干燥,得到无色透明状的结构式为的弹性体材料;(3.11)聚合物11的制备方法6.93g聚氧化丙烯二醇在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入100ml氯仿中搅拌加热至60℃,1.75g单体3溶解于50ml氯仿中,缓慢滴加至体系中,滴加完毕后加入微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,冷却至室温,加入正己烷得到白色沉淀,用正己烷洗涤,真空干燥,得到无色透明状的结构式为的弹性体材料;(3.12)聚合物12的制备方法11.2g聚丁二烯二醇在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入100mL氯仿中搅拌加热至60℃,1.89g单体3溶解于50mL氯仿中,缓慢滴加至体系中,滴加完毕后加入微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,冷却至室温,加入甲醇得到白色沉淀,用甲醇洗涤,真空干燥,得到无色透明的结构式为的弹性体材料;(3.13)聚合物13的制备方法22.4g氢化聚丁二烯二醇在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入200mL氯仿中搅拌加热至60℃,3.77g单体3溶解于100mL氯仿中,缓慢滴加至体系中,滴加完毕后加入微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,冷却至室温,加入甲醇得到白色沉淀,用甲醇洗涤,真空干燥,得到无色透明的结构式为的弹性体材料;(3.14)聚合物14的制备方法聚乙二醇7.78g在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入100mL氯仿中搅拌加热至60℃,2.4g单体4溶解于50mL氯仿中,缓慢滴加至体系中,滴加完毕后加入微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,冷却至室温,加入乙醚得到白色沉淀,用乙醚洗涤,真空干燥,得到白色半结晶状的结构式为的弹性体材料;(3.15)聚合物15的制备方法6.93g聚氧化丙烯二醇在100℃下真空干燥1h,干燥环境下冷却,加入100mL氯仿中搅拌加热至60℃,2.1g单体4溶解于50mL氯仿中,缓慢滴加至体系中,滴加完毕后加入微量的二月桂酸二丁基锡催化剂,在氩气氛围下恒温60℃搅拌反应72h,待反应完成后,冷却至室温,加入正己烷得到白色沉淀,用正己烷洗涤,真空干燥,得到无色透明状的结构式为的弹性体材料;(3.16)聚合物16的制备方...
【专利技术属性】
技术研发人员:魏浩,阚磊,欧阳肖,高闪,马宁,李瑞,王国军,王强,张馨月,张智嘉,
申请(专利权)人:哈尔滨工程大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江,23
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