一种熔融沉积成型用聚乳酸材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种熔融沉积成型用聚乳酸材料及其制备方法。所述熔融沉积成型用聚乳酸材料使用的原料及助剂组成包含：聚乳酸：100份；无机填料：1-30份；聚乳酸-聚乙二醇共聚物：2-30份；润滑剂：0.9-3份；增塑剂：0.9-3份；稳定剂：0.1-0.5份；抗水解剂：0.1-2份。所述聚乳酸材料因聚乳酸-聚乙二醇共聚物的添加使得无机填料在聚乳酸中分散更加均匀，熔融沉积成型制件的力学性能得到提升，实用性更强。另外，本发明专利技术还提供了聚乳酸材料的制备方法，易于操作，工艺条件和生产设备要求较低，不需要添加其他设备促进无机填料的分散，能够实现大规模的推广生产，具有广阔的市场前景，极佳的市场效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，涉及3D打印技术和 塑料加工领域。
技术介绍
3D打印技术又称增材制造技术，是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑 料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术在当今制造业中越 来越具有竞争力，涉及信息技术、材料科学、精密机械等多个方面，因此被称为"具有工业革 命意义的制造技术"。3D打印技术包括熔融沉积成型、选择性激光烧结、立体光固化成型等 技术。恪融沉积成型（FusedDepositionMolding,FDM)是一种将热塑性丝材经固 体-熔体-固体两次相变加工成型的方法。热塑性丝材由供丝机构送进喷头，在喷头中加热 至熔融态。熔融态材料从喷头中挤出，按计算机给出的二维截面信息，随加热喷头的运动， 选择性进行涂覆。一层完成后，喷头上升一个层高(或工作台下降一个层高)，再进行下一层 的涂覆，如此循环，最终形成三维制件。FDM技术所使用的原料通常为热塑性高分子材料， 包括聚乳酸（PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS)、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙 烯等。PLA具有安全无毒，无刺鼻气味，熔融温度低，优良的生物相容性，生物可降解性， 透明容易染色等诸多优点，因而在多个3D打印应用领域，特别是医疗领域广泛的应用。但 是，PLA耐热性差、力学性能差，尤其是易发生脆性断裂，这极大的限制了打印物件的使用。 开发新的FDM用PLA成为3D打印领域的一项重要研究内容。通过添加无机填料的方法改善PLA力学性能是非常有效的一条途径。但是，由于PLA是疏水性材料，略带极性或亲水性的无机填料难以在PLA中分散均匀，容易发生聚集， 极大影响了PLA力学性能的提高。专利CN103665802A公开了一种可用于3D打印的PLA材 料改性方法。该方法是用无机纳米材料作为增韧剂对PLA进行增韧改性，并使用行星磨增 强粉体在PLA中的分散性，但加工效率低，不可用于工业生产。同样地，仅仅利用加工工艺， 如双螺杆挤出等促进无机填料在PLA中的分散很难获得理想的效果。为解决无机填料在PLA中分散的问题，提升PLA力学性能，扩大PLA在3D打印领 域的应用，亟需一种新的FDM用PLA材料及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种熔融沉积成型用聚乳酸，以克服现有熔融沉积成型用聚 乳酸材料的缺陷，聚乳酸-聚乙二醇共聚物的加入能够改善聚乳酸材料的疏水性，促进无 机填料在PLA中的分散，从而大幅提升聚乳酸材料的力学性能。本专利技术的另一目的是提供一种熔融沉积成型用聚乳酸材料的制备方法，工艺简 单，能够快速生产出符合熔融沉积成型要求的聚乳酸材料。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案： 一种熔融沉积成型用聚乳酸材料，它是由下述重量份数的原料制成的：聚乳酸100份、 无机填料1-30份、聚乳酸-聚乙二醇共聚物2-30份、润滑剂0. 9-3份、增塑剂0. 9-3份、稳 定剂0. 2-2份、抗水解剂0. 1-2份。 所述聚乳酸材料的重均分子量为50000-500000。 所述无机填料为纳米二氧化硅、高岭土、锂皂石、碳酸钙或钛酸钾晶须中的一种或 至少两种形成的混合物。 所述聚乳酸-聚乙二醇共聚物中聚乳酸与聚乙二醇的质量比为1:10-10:1，聚乳 酸-聚乙二醇共聚物的重均分子量为100000-200000。 所述润滑剂为聚烯烃或硬脂酰胺类润滑剂中的至少一种。 所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、环氧大豆油、甘油或合成植物酯中的一种或几 种的混合。 所述稳定剂为受阻酚类大分子型抗氧剂、亚磷酸类抗氧剂和烷酯类抗氧剂中的一 种或几种的混合，优选自下述两种的联用：抗氧剂1010,四季戊四醇酯；抗氧剂168,三亚磷酸酯。 所述的抗水解剂为碳化二亚胺化合物、聚氨酯抗水解剂、聚碳化二亚胺化合物中 的至少一种。-种熔融沉积成型用聚乳酸材料的制备方法，包含以下步骤： (1) 原材料的处理：准备各原料，将聚乳酸、聚乳酸-聚乙二醇共聚物和无机填料进行 烘干操作； (2) 试剂与原材料混合：先向搅拌机中放入聚乳酸、聚乳酸-聚乙二醇共聚物和无机填 料，搅拌1分钟后再添加润滑剂，搅拌3分钟后添加增塑剂，搅拌直到颗粒表面均泛液体亮 光，即搅拌均匀，待混合完成后，再添加稳定剂和抗水解剂进行后续混合，继续混合2分钟， 最后得到混合原料； (3) 加热挤出：将混合原料加入到双螺杆挤出机中，加料速度保持均匀流畅，保证在挤 出过程中不产生堵塞，出丝稳定流畅； (4) 卷丝：通过在挤出机的出口加装口模，限定出丝的直径为1.75±0. 05mm和 3. 50 ±0. 05mm中的一种，最后通过圆盘装置绕丝收集成型丝材。 所述步骤（3)中双螺杆挤出过程中第一段温度200 °C，第二段温度210 °C，第 三段温度200 °C。 借由上述技术方案，本专利技术具有的优点和有益效果是： 1、本专利技术添加聚乳酸-聚乙二醇共聚物，无机填料能够在聚乳酸材料中分散更加均 匀，经FDM打印得到的制件力学性能得到提升，尤其适合于熔融沉积成型技术使用。 2、本专利技术所述的聚乳酸材料的制备方法，易于操作，工艺条件和生产设备要求较 低，不需要添加其他设备促进无机填料的分散，能够实现大规模的推广生产，具有广阔的市 场前景，极佳的市场效益。【具体实施方式】 对于本领域的技术人员来说，通过阅读本说明书的公开内容，本专利技术的特征、有益 效果和优点将变得显而易见。 除非另外指明，在本文中所有配制和测试发生在25°C的环境。 本文中"包括"、"包含"、"含"、"含有"、"具有"或其它变体意在涵盖非封闭式包括， 这些术语之间不作区分。术语"包含"是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术 语"包含"还包括术语"由…组成"和"基本上由…组成"。本专利技术的组合物和方法/工艺可 包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或 任选的成分、组分、步骤或限制项组成。 配制和使用方法 无需进一步详细说明，相信本领域技术人员使用以上所述即可最大限度地使用本发 明。下面的实施例目的在于进一步介绍和展示在本专利技术范围内的具体实施方案。因此，实 施例应理解为仅用于更详细地展示本专利技术，而不以任何方式限制本专利技术的内容。 熔融沉积成型用聚乳酸材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 原材料的处理：准备各原料，将聚乳酸、聚乳酸-聚乙二醇共聚物和无机填料进行 烘干操作； (2) 试剂与原材料混合：先向搅拌机中放入聚乳酸、聚乳酸-聚乙二醇共聚物和无机填 料，搅拌1分钟后再添加润滑剂，搅拌3分钟后添加增塑剂，搅拌直到颗粒表面均泛液体亮 光，即搅拌均匀，待混合完成后，再添加稳定剂和抗水解剂进行后续混合，继续混合2分钟， 最后得到混合原料。 (3)加热挤出：将混合原料加入到双螺杆挤出机中，加料速度保持均匀流畅，保证 在挤出过程中不产生堵塞，出丝稳定流畅，双螺杆挤出过程中第一段温度200 °C，第二段 温度210 °C，第三段温度200 °C。 (4)卷丝：通过在挤出机的出口加装口模，限定出丝的直径为1.75±0. 05mm，最后 通过圆盘装置绕丝收集成型丝材。 熔融沉积成型用聚乳酸材料力学性能的测试方法： 采用北京殷华生产的熔融沉积成型机MEM-320A(数据处理软件Auroral1. 8)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔融沉积成型用聚乳酸材料，其特征在于它是由下述重量份数的原料制成的：聚乳酸100份、无机填料1‑30份、聚乳酸‑聚乙二醇共聚物2‑30份、润滑剂0.9‑3份、增塑剂0.9‑3份、稳定剂0.2‑2份、抗水解剂0.1‑2份。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王娜，于翔，王延伟，田银彩，卢晓龙，付浩男，屈少一，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南;41