用于3D打印的PLA、淀粉复合材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种用于3D打印的PLA、淀粉复合材料及其制备工艺，其公开的工艺适于工业化生产，使得制得的复合材料韧性好。本发明专利技术的制备工艺，包含如下步骤：(1)量取一定量的甘油加入到容器内，用无水乙醇稀释甘油，磁力搅拌0.5h，称取一定量的PLA粉末加入到所述容器内，搅拌均匀后置于干燥箱80度干燥至无水乙醇完全挥发；(2)将步骤(1)干燥好的甘油、PLA混合粉末与一定量的淀粉混合，用粉碎机混匀，干燥；(3)将步骤(2)干燥后的混合料用双螺杆挤出机共混挤出造粒，得到用于3D打印的PLA、淀粉复合材料。

PLA, starch composite material for 3D printing and process for preparing the same

The invention discloses a PLA and starch composite material used for 3D printing and a preparation process thereof. The disclosed process is suitable for industrial production, and the prepared composite material has good toughness. The preparation process of the invention, which comprises the following steps: (1) the amount of a certain quantity of glycerol into the container, diluted with anhydrous ethanol glycerin, magnetic stirring 0.5h, PLA take a certain amount of powder into the container, stir in the drying oven 80 degrees to dry ethanol completely volatile; (2) the step (1) the dried starch mixed glycerol, PLA mixed powder with a certain amount, with mill mixing, drying; (3) the step (2) mixture after drying using a double screw extruder, extrusion blending, for PLA, starch 3D composite printing.

【技术实现步骤摘要】
用于3D打印的PLA、淀粉复合材料及其制备工艺
本专利技术涉及一种PLA复合材料，具体涉及用于3D打印的PLA复合材料及其制备方法。
技术介绍
生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌(真菌)和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。“纸”是一种典型的生物降解材料，而“合成塑料”则是典型的高分子材料。因此，生物降解塑料是兼有“纸”和“合成塑料”这两种材料性质的高分子材料。完全生物降解塑料主要是由天然高分子(如淀粉、纤维素、甲壳质)或农副产品经微生物发酵或合成具有生物降解性的高分子制得，如热塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、聚乳酸、淀粉/聚乙烯醇等均属这类塑料。以淀粉等天然物质为基础的生物降解塑料目前主要包括以下几种产品：聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHA)、淀粉塑料、生物工程塑料、生物通用塑料(聚烯烃和聚氯乙烯)。PLA的热稳定性好，加工温度170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑，PLA在自然环境中受微生物作用可以完全分解为二氧化碳和水广泛用于3D打印。由于PLA价格比较昂贵，为了降低成本,加入廉价的其他材料,制得复合材料是一种可选择的方式，近些年来针对PLA与其它可降解材料进行共混来降低成本以及促进PLA降解的研究早已展开。国内外学者，主要采用可降解高分子材料、植物纤维、淀粉等自然界天然可降解作为填料与PLA进行复合，研究了复合材料的力学性能以及降解性能。本专利技术为迎合市场需求，目的在于加速PLA的降解以及提高PLA/淀粉复合材料的韧性，公开一种适用于工业化生产的制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于3D打印的PLA、淀粉复合材料及其制备工艺，其公开的工艺适于工业化生产，使得制得的复合材料韧性好。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：用于3D打印的PLA、淀粉复合材料的制备工艺，包含如下步骤：(1)量取一定量的甘油加入到容器内，用无水乙醇稀释甘油，磁力搅拌0.5h，称取一定量的PLA粉末加入到所述容器内，搅拌均匀后置于干燥箱80度干燥至无水乙醇完全挥发；(2)将步骤(1)干燥好的甘油、PLA混合粉末与一定量的淀粉混合，用粉碎机混匀，干燥；(3)将步骤(2)干燥后的混合料用双螺杆挤出机共混挤出造粒，得到用于3D打印的PLA、淀粉复合材料。优选的：所述步骤(3)中，双螺杆挤出机挤出时控制双螺杆转速15～25r/min，双螺杆挤出机进料口压力为40～50MPa，出料口压力为20～40MPa，双螺杆挤出机的各段挤出温度为：1段：175℃；2段：180℃；3段：180℃；4段：180℃；5段：180℃；6段：180℃；7段：180℃。优选的：所述步骤(1)中，无水乙醇将甘油稀释至容器容量的40％；所述淀粉规格为60目；PLA粉末规格为40目；甘油的纯度级别为分析纯；所述粉碎机的转速为3200转。优选的：所述淀粉的添加量为PLA粉末总量的20％；所述甘油的添加量为PLA粉末总量的8％。本专利技术还公开了用于3D打印的PLA、淀粉复合材料，其采用上述任一所述的制备工艺制得。本专利技术有益效果是：本专利技术公开的制备工艺采用无水乙醇分散甘油之后，使甘油在加入过程中可以更加均匀的分散到复合打印耗材中；本专利技术公开的制备工艺采用PLA粉末料来制备打印耗材，相比文献报道的采用颗粒制备，粉末料更容易与添加料混合均匀；本专利技术公开的制备工艺在双螺杆共混之前，提前将甘油、淀粉、PLA粉末用高速粉碎机混合均匀，使得在双螺杆共混之间各组分就已经有了一定的均匀度。本专利技术公开的制备工艺直接采用双螺杆进行共混制备，相比较溶液混合、流变仪制备、密炼机密炼，更适合于量产，而且制备出的材料更加均匀。综上所述，本专利技术公开的制备工艺采用的混料方式以及制备方式相比传统的颗粒料制备，制备出的打印耗材组分均匀性更好，适于量化生产，提高了甘油的增韧效果以及淀粉在PLA集体中的分散性。附图说明图1为本专利技术的复合材料的拉伸强度测试效果示意图；图2为本专利技术的复合材料的弯曲强度测试效果示意图；图3为本专利技术的复合材料的断裂伸长率测试效果示意图；图4-1～图4-3为本专利技术的复合材料的拉曼光谱分析示意图；图5-1～图5-6为本专利技术的复合材料的不同甘油添加量的拉曼光谱分析示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例描述本专利技术具体实施方式：本专利技术的具体实施例采用淀粉作为填料，添加量采用20％。研究了不同含量甘油对PLA、淀粉复合材料的增韧效果。具体实施例为：淀粉(60目)，五常市谷哥食尚商贸有限公司；PLA粉末(40目)，常州荣晟新材料科技有限公司；甘油(分析纯)，西陇化工；高速粉碎机(3200转)，浙江省温岭市百乐粉碎设备厂。制备工艺的仪器：双螺杆挤出机：TLE-16-40，迈可诺技术有限公司；激光共聚焦显微拉曼光谱仪：ThermoFisherScientificDXR，λ＝532nm，美国热电公司；注塑成型机：EW-25V-1S，东莞市台旺机械有限公司；万能材料实验机：W9W-20，济南天辰试验机控制有限公司。制备工艺实施例：量取一定量的甘油加入到500ml烧杯内，用无水乙醇稀释甘油到200ml，磁力搅拌0.5h，称取一定量的PLA粉末加入到大烧杯内，搅拌均匀后置于干燥箱80度干燥至无水乙醇完全挥发。将上述干燥好的甘油、PLA混合粉末与一定量的淀粉混合，用粉碎机混匀，干燥。用双螺杆共混挤出造粒，得到用于3D打印的PLA、淀粉复合材料；上述制备工艺中，挤出时控制双螺杆转速15～25r/min，进料口压力为40～50MPa，出料口压力为20～40MPa，双螺杆挤出机的各段挤出温度为：1段：175℃；2段：180℃；3段：180℃；4段：180℃；5段：180℃；6段：180℃；7段：180℃。本专利技术公开的制备工艺采用无水乙醇分散甘油之后，使甘油在加入过程中可以更加均匀的分散到复合打印耗材中；本专利技术公开的制备工艺采用PLA粉末料来制备打印耗材，相比文献报道的采用颗粒制备，粉末料更容易与添加料混合均匀；本专利技术公开的制备工艺在双螺杆共混之前，提前将甘油、淀粉、PLA粉末用高速粉碎机混合均匀，使得在双螺杆共混之间各组分就已经有了一定的均匀度。本专利技术公开的制备工艺直接采用双螺杆进行共混制备，相比较溶液混合、流变仪制备、密炼机密炼，更适合于量产，而且制备出的材料更加均匀。综上所述，本专利技术公开的制备工艺采用的混料方式以及制备方式相比传统的颗粒料制备，制备出的打印耗材组分均匀性更好，适于量化生产，提高了甘油的增韧效果以及淀粉在PLA机体中的分散性。将上述复合材料干燥后注塑成力学性能测试样条，进行如说明书附图所示的性能测试：淀粉在PLA基体中的分布以及淀粉与PLA界面结合情况由场发射扫描电子显微镜进行表征，将复合材料用液氮淬冷折断，取断口部分制样，喷金后进行形貌观察。材料表面化学组成由激光共聚焦显微拉曼光谱仪进行分析。将双螺杆共混得到的复合材料造粒后，采用注塑成型机注塑成测试样，用800目砂纸抛光。每种样品制备5个样条，按国标GB/T1040-92在万能材料实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于3D打印的PLA、淀粉复合材料的制备工艺，其特征在于，包含如下步骤：(1)量取一定量的甘油加入到容器内，用无水乙醇稀释甘油，磁力搅拌0.5h，称取一定量的PLA粉末加入到所述容器内，搅拌均匀后置于干燥箱80度干燥至无水乙醇完全挥发；(2)将步骤(1)干燥好的甘油、PLA混合粉末与一定量的淀粉混合，用粉碎机混匀，干燥；(3)将步骤(2)干燥后的混合料用双螺杆挤出机共混挤出造粒，得到用于3D打印的PLA、淀粉复合材料。

【技术特征摘要】
1.用于3D打印的PLA、淀粉复合材料的制备工艺，其特征在于，包含如下步骤：(1)量取一定量的甘油加入到容器内，用无水乙醇稀释甘油，磁力搅拌0.5h，称取一定量的PLA粉末加入到所述容器内，搅拌均匀后置于干燥箱80度干燥至无水乙醇完全挥发；(2)将步骤(1)干燥好的甘油、PLA混合粉末与一定量的淀粉混合，用粉碎机混匀，干燥；(3)将步骤(2)干燥后的混合料用双螺杆挤出机共混挤出造粒，得到用于3D打印的PLA、淀粉复合材料。2.如权利要求1所述的用于3D打印的PLA、淀粉复合材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤(3)中，双螺杆挤出机挤出时控制双螺杆转速15～25r/min，双螺杆挤出机进料口压力为40～50MPa，出料口压力为20...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵俊，于文海，田伟，张祜珍，田进，孙智育，党硕，程康，
申请(专利权)人：中联西北工程设计研究院有限公司，西安锐普打印机有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61