一种可实现表面多孔的3D打印线材及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种可实现表面多孔的3D打印线材及其应用，所述线材按重量份计：PCL 45‑55份，EVA 25‑35份，纤维素醚类衍生物15‑25份。所述制备方法是将原料通过双螺杆熔融共混后，经单螺杆挤出收卷成线材，线材再经3D打印机打成不同形状结构制品。本发明专利技术得到的3D打印线材在打印过程中由于喷嘴较高温度，部分纤维素醚发生炭化分解进而起到类发泡作用，实现打印制品表面多孔化，制备方法简单，利用表面多孔结构以及树脂、纤维素醚丰富基团可应用于污水、空气和土壤中有机污染物及重金属的吸附。

A 3D Printing Wire with Porous Surface and Its Application

The invention discloses a 3D printing wire with porous surface and its application. The wire is divided into 45 55 PCL, 25 35 EVA and 15 25 cellulose ether derivatives by weight. The preparation method is that the raw materials are melted and blended through twin screw, then extruded and rolled into wires by single screw, and then the wires are typed into products of different shapes and structures by 3D printer. Because of the high temperature of the nozzle, some cellulose ethers are carbonized and decomposed to play a foam-like role in the printing process, and the surface of the printed product is porous. The preparation method is simple. The surface porous structure and rich groups of resin and cellulose ether can be applied to the adsorption of organic pollutants and heavy metals in sewage, air and soil.

【技术实现步骤摘要】
一种可实现表面多孔的3D打印线材及其应用
本专利技术属于一种可实现表面多孔的3D打印线材及其应用。
技术介绍
3D打印是一种新型的智能制造技术，相比传统成型方式相比，具有快速制备、精细化制造、材料利用率高等优点。其中熔融沉积成型(FDM)最为普及的3D打印技术，它可将高分子材料打印成复杂结构的器件。本专利技术通过3D打印，可直接构建具有复杂结构的表面多孔制件。所选基体聚己内酯(PCL)是一种可再生可降解无污染的环境友好材料，具有良好的生物相容性、有机高聚物相容性以及良好的生物降解性。PCL熔点为60-63℃，Tg为-60℃，具有极大的伸展性，适当添加具有良好加工流动性的醋酸乙烯共聚物(EVA)，使其更适合3D打印。而醋酸乙烯含量为40.0wt%的EVA熔点为47℃，与PCL熔点相近，有利于进一步降低加工和打印温度，减少能耗。纤维素醚类衍生物是一类具有丰富基团的生物质材料，在污染治理领域有良好前景，分解温度大多在200-300℃，较易炭化分解，因而不利于与塑料共混加工。本专利技术采用低熔点树脂与其共混，避免加工过程中炭化分解影响进一步加工应用。聚己内酯的热裂解过程分为两步，第一阶段的分解温度为205~295℃，失重率为7.0%；第二阶段分解温度为311~374℃，失重率为88%。第一阶段主要是PCL长链段分解成短链段，虽然分子量降低，制品力学性能随之降低，但更多低分子带有更多的端基，有利于吸附污染物。本专利技术的线材，具有宽打印温度80-300℃，在打印温度区间内均有着较好的成型性。在较高打印温度下250-300℃，靠近喷嘴壁的线材表面物质会发生分解，纤维素醚类衍生物炭化分解在表面制造出孔洞，而线材内部由于受热时间较短，基本不受影响，依旧有较好加工成型效果，并且在较高温度下，PCL与纤维素醚类衍生物小部分会发生反应生成PCL-g-纤维素醚类衍生物，有利于提高最终制品性能。多孔有着高比表面积，也暴露出更多纤维素衍生物。本专利技术通过两种方式：1、PCL直接与纤维素醚类衍生物熔融共混；2、PCL、纤维素醚类衍生物溶解于溶液中混合。两种方式可实现对孔径大小调控。本专利技术的3D打印线材，可直接打印出表面具有微观多孔的制品，利用纤维素醚衍生物丰富官能团，及多孔表面，通过物理/化学吸附，可应用于污水、空气、土壤中有机污染物、重金属的吸附处理。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种可实现表面多孔的3D打印线材及其制备方法。为了实现本专利技术，具体技术方案如下：一种可实现表面多孔的3D打印线材，由下述重量百分比的组分制成：PCL45-55EVA25-35纤维素醚类衍生物15-25。所述EVA的醋酸乙烯含量为40.0wt%。所述纤维素醚类衍生物为甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、氰乙基纤维素、羟丙基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的一种或几种。一种可实现表面多孔的3D打印线材的制备方法，包括以下步骤：(1)将PCL、EVA、纤维素醚类衍生物三种物质或PCL/纤维素醚类衍生物母料、EVA两种物质混匀后按照配方加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出造粒，得到线材母粒；(2)将步骤(1)得到线材母粒加入到单螺杆挤出机中进行加工，挤出的丝水冷却，通过牵引机牵引并控制出丝线径，可实现表面多孔的3D打印线材；(3)将步骤(2)得到3D打印线材通过打印机打印成不同的器件。所述的PCL/纤维素醚类衍生物母料的制备方法：将PCL溶解于丙酮溶液，纤维素醚类衍生物溶解于丙酮-水体积比为60:40的丙酮-水溶液，然后按配比将两种溶液混合，最后进行蒸发、破碎。所述双螺杆挤出机参数为：一区30-35℃，二区35-40℃，三区40-45℃，四区45-50℃，五区50-60℃，六区60-70℃，七区70-80℃，八区70-80℃，九区60-70℃，模头50-60℃，转速为50-250rpm。所述单螺杆挤出机参数为：一区60-70℃，二区70-80℃，三区70-80℃，四区60-70℃，转速为10-100rpm。所述单螺杆挤出机参数为：一区60-70℃，二区70-80℃，三区70-80℃，四区60-70℃，转速为10-100rpm。所述3D打印机打印温度为：80-300℃。所述可实现表面多孔的3D打印线材及其打印器件能应用于污水、空气或土壤中有机污染物或重金属的吸附。采用上述技术方案后，本专利技术具有如下特点和优点：1、制备方法简单高效，可制成表面多孔的复杂污染物吸附器件；2、加工温度较低，能耗低；3、具有宽打印温度范围；4、可吸附污水、空气和土壤中有机污染物及重金属。附图说明图1是应用本专利技术实施例4所制备的可实现表面多孔的3D打印线材打印成型产品表面电镜图（X10000）。图2是应用本专利技术实施例1所制备的可实现表面多孔的3D打印线材打印成型产品对亚甲基蓝吸附，是单位质量小方块吸附的亚甲基蓝的质量随吸附时间的变化曲线。具体实施方式实施例1一种可实现表面多孔的3D打印线材由PCL45份，EVA35份，羧甲基纤维素20份组成。制备方法为按以下步骤进行：(1)将4.5kgPCL、3.5kgEVA、2.0kg羧甲基纤维素混匀后加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，双螺杆挤出机参数为：一区30℃，二区40℃，三区45℃，四区50℃，五区60℃，六区70℃，七区80℃，八区80℃，九区70℃，模头60℃，转速为200rpm，挤出造粒，得到线材母粒；(2)将5.0kg线材母粒加入到单螺杆挤出机中进行加工，单螺杆挤出机参数为：一区70℃，二区80℃，三区80℃，四区70℃，转速为50rpm，挤出的丝水冷冷却，通过牵引机牵引并控制出丝线径，得到可实现表面多孔的3D打印线材。(3)将上述的得到可实现表面多孔的3D打印线材，通过3D打印机（FDM）打印成镂空小方块，打印温度为300℃。将所得到的表面多孔的镂空小方块2.0g加入到100mL浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液中，搅拌使其达到吸附脱附平衡后，具体如图2所示,，具有明显的吸附效果。实施例2一种可实现表面多孔的3D打印线材由PCL45份，EVA25份，羟丙基甲基纤维素30份组成。制备方法为按以下步骤进行：(1)将4.5kgPCL、2.5kgEVA、3.0kg羟丙基甲基纤维素混匀后加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，双螺杆挤出机参数为：一区30℃，二35℃，三区40℃，四区50℃，五区60℃，六区75℃，七区80℃，八区80℃，九区75℃，模头60℃，转速为200rpm，挤出造粒，得到线材母粒；(2)将5.0kg线材母粒加入到单螺杆挤出机中进行加工，单螺杆挤出机参数为：一区70℃，二区80℃，三区80℃，四区70℃，转速为50rpm，挤出的丝水冷冷却，通过牵引机牵引并控制出丝线径，得到可实现表面多孔的3D打印线材。(3)将上述的得到可实现表面多孔的3D打印线材，通过3D打印机（FDM）打印成镂空小方块，打印温度为280℃。实施例3一种可实现表面多孔的3D打印线材由PCL55份，EVA30份，羧丙基纤维素15份组成。制备方法为按以下步骤进行：(1)将5.5kgPCL、3.0kgEVA、1.5kg羧甲基纤维素混匀后加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，双螺杆挤出机参数为：一区30℃，二35℃，三区40℃，四区50℃，五区60本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现表面多孔的3D打印线材，其特征在于，由下述重量百分比的组分制成：PCL                               45‑55EVA                               25‑35纤维素醚类衍生物                  15‑25。

【技术特征摘要】
1.一种可实现表面多孔的3D打印线材，其特征在于，由下述重量百分比的组分制成：PCL45-55EVA25-35纤维素醚类衍生物15-25。2.根据权利要求1所述的一种可实现表面多孔的3D打印线材，其特征在于，所述EVA的醋酸乙烯含量为40.0wt%。3.根据权利要求1所述的一种可实现表面多孔的3D打印线材，其特征在于，所述纤维素醚类衍生物为甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、氰乙基纤维素、羟丙基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的一种或几种。4.一种可实现表面多孔的3D打印线材的制备方法，包括以下步骤：(1)将PCL、EVA、纤维素醚类衍生物三种物质或PCL/纤维素醚类衍生物母料、EVA两种物质混匀后按照配方加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出造粒，得到线材母粒；(2)将步骤(1)得到线材母粒加入到单螺杆挤出机中进行加工，挤出的丝水冷却，通过牵引机牵引并控制出丝线径，可实现表面多孔的3D打印线材；(3)将步骤(2)得到3D打印线材通过打印机打印成不同的器件。5.根据权利要求4所述的一种可实现表面多孔的3D打印线材的制备方法，其特征在于，所述的PCL/纤维素醚类衍生物母料的制备方法：将PCL溶解于丙酮溶液，纤维素醚类衍生物溶解于丙酮-水体积比为60:40的丙酮-水溶液，然后按配比将两种...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏新曙，杨裕金，陈庆华，钱庆荣，黄宝铨，杨松伟，肖荔人，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35