一种除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料及其制备方法和应用，其各组分按照重量份计为：高分子聚合物50～95份；芦苇纤维5～30份；偶联剂0.01～0.2份；增韧剂1～10份；活性炭1～30份；抗菌剂0.1～5份。本发明专利技术的复合材料，在使该材料保持了高分子材料聚合物原有性能的基础上，增加了自身的抗菌防霉能力，同时具有除臭功能。

Deodorizing, antibacterial, 3D printing reed fiber composite material, preparation method and application thereof

The invention discloses a deodorant antibacterial 3D printing reed fiber composite material and its preparation method and application of the components by weight: 50 to 95 portions of polymer; reed fiber of 5 to 30; 0.01 to 0.2 portions of coupling agent; toughening agent 1 ~ 10; 1 to 30 portions of activated carbon 0.1 to 5 antibacterial agents. The composite material of the invention increases the antibacterial and anti mildew capability of the polymer material on the basis of maintaining the original performance of the polymer material and has the function of deodorization.

【技术实现步骤摘要】
一种除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于高分子复合材料领域，具体涉及一种除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料。技术背景3D打印技术是目前正在逐渐发展起来的一种快速成型制造技术，这是一种环保且凸显个性化的快速成形技术，具有个性化程度高、成型体积小、成本低、污染低、使用方便等优点。其基本原理主要是以高分子材料为基材，采用熔融沉积成型技术，通过逐层打印堆积方式完成对物体构造和形成。在江河湖泽、水塘湿地以及沟渠等常年水分充足的地方到处都可见到芦苇的生长，其数量是十分的庞大的，而且采集收集方便容易、成本低、芦苇纤维性能良好，如果能够合理的较高价值的利用起来也是社会中一笔价值不菲的财富。现今对芦苇的利用最直接的就是采集晒干后直接焚烧用作农田种植使用的肥料，也有少数芦苇被用于做纸张。如果直接采集焚烧不仅影响了大自然生态的平衡，产生的烟雾也会对人体造成一定的伤害，如导致部分地区出现雾霾等现象。若能把这些部分的芦苇以一个合理的价格收购并用于3D打印，制造家私家具、饰品模型等实用制品，则一举多得，既能减少环境的污染，又能给社会提供一部分的就业岗位，也能生产得到个性化的产品，且其力学性能良好。目前利用添加活性炭的方法来吸附去除室内的污染，是应用最广泛成熟、安全有效、且能吸附物质种类最多的一种方法。其能够吸附的物质包括空气中的甲醛、氨、苯、二甲苯、氡等室内所有有害气体分子，快速消除异味。而且对居室、家具衣橱、书柜、鞋柜、鞋内、冰箱、卫生间、地板、鱼缸、汽车、空调、电脑、办公、宾馆及娱乐场所都有广泛的应用。如：空气净化(用活性炭或含有活性炭的物品摆放在室内能有效的吸收空气中含有的甲醛、二甲苯等有害物质，特别是新装修的房子)，家具去异味(活性炭可适用于新买的家具放于橱柜、抽屉、冰箱中，也可放在鞋子里面除臭味)，汽车除味(新车一般都含有很多的有害物质\难闻刺鼻的气味，用活性炭可以有效的去除)。另外，活性炭更是具有吸味、去毒、除臭、去湿、防霉、杀菌、净化等综合功能，能有效清除室内环境污染。现今3D打印材料用的最多最广泛的是一些能自然降解的材料，因此一些3D打印制品在摆放或者存放时比较容易被细菌真菌等微生物分解或出现发霉等现象，而在3D打印材料中加入吸附剂和抗菌剂可以很好的防止或延缓制品被分解或发霉并且增加了除臭除有害气体等的功能，有效的解决了制品过快的发霉发黑的缺陷。目前对芦苇纤维应用到3D打印制造中的相关报道极少，而对3D打印材料除臭防霉抗菌功能化的相关报道几乎没有。
技术实现思路
针对目前3D打印产品除臭抗菌防腐方面及部分功能存在不足以及现今大量芦苇植物不能更有效合理的利用的不足，本专利技术提供了一种除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料及其制备方法，旨在使该材料在保持高分子材料聚合物原有性能的基础上，增加自身的抗菌防霉能力，同时使其具有除臭功能。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特点在于，其各组分按照重量份计为：其中：所述高分子聚合物是将高分子聚合物颗粒原料投入到温度设定为50～90℃的烘烤机中烘烤3～8小时，使水分蒸发至完全干燥所得；所述的高分子聚合物为聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)和聚己内酯(PCL)中的至少一种。其中所述聚乳酸的相对分子量不小于10万、所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物的相对分子量不小于8万、所述聚己内酯的相对分子量不小于4.5万。优选为聚己内酯或聚乳酸，但本专利技术并不限于以上所述的高分子聚合物；聚己内酯和聚乳酸两种材料皆为自然可降解的环境友好材料，且生物相容性良好，对人体无毒无害。所述的芦苇纤维为粉末状纤维，尺寸在300目以上。在本专利技术中只讲述了芦苇纤维一种植物纤维，但本专利技术并不仅仅限于芦苇纤维，也可以为稻杆纤维、高粱杆纤维、玉米杆纤维等。所述的偶联剂为有机硅烷偶联剂；所述有机硅烷偶联剂为偶联剂KH-550、偶联剂KH-560、偶联剂KH-570和偶联剂KH-590中的至少一种，优选KH-590和KH-550，但本专利技术并不限于以上所述的偶联剂。所述的增韧剂为热固性弹性体或热塑性弹性体中的至少一种，优选热塑性弹性体，如SBS或SEBS，但本专利技术并不限于以上述的增韧剂。所述的活性炭为纳米级多孔活性炭；所述的纳米级多孔活性炭为木质活性炭、竹质活性炭和果壳活性炭中的至少一种，最优选竹质活性炭，其次优选果壳活性炭，但本专利技术并不限于以上述的活性炭种类。所述的抗菌剂为有机抗菌剂；所述的有机抗菌剂为甲壳素抗菌剂、壳聚糖抗菌剂、季膦盐类抗菌剂和季铵盐类抗菌剂中的至少一种，优选壳聚糖抗菌剂，但本专利技术并不限于以上所述的抗菌剂。上述除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)首先通过氢氧化钠对芦苇纤维原料进行碱处理，然后加入偶联剂对碱处理后芦苇纤维进行表面改性，所得改性芦苇纤维经粉碎、研磨和筛选，获得300目以上的改性芦苇纤维粉末；具体的：所述碱处理是将芦苇纤维加入到质量浓度为5％～10％的氢氧化钠溶液中浸泡15～60min，取出后再在45～80℃的烘箱中烘5～16h，使其含水率不高于0.3％，即获得碱处理后芦苇纤维；所述表面改性通过加温偶联或浸泡偶联的方式完成；所述加温偶联是将碱处理后芦苇纤维和偶联剂投入到温度设定为40～80℃的混料机中均匀混合，混料机混料转速设置为100～800r/min、工作时间设置为10～60min，即获得改性芦苇纤维；所述浸泡偶联是将碱处理后芦苇纤维和偶联剂加入到乙醇溶液或水与乙醇按质量比1:7或2:6或3:5构成的混合溶液中，搅拌浸泡15～60min，然后取出并在温度设置为60～90℃的真空干燥箱中烘干，即获得改性芦苇纤维；(2)将高分子聚合物、与步骤(1)中所述芦苇纤维原料等重量的改性芦苇纤维粉末、增韧剂以及活性炭投入到温度设置为40～70℃的混料机中均匀混合，混料机混料转速设置为100～2000r/min、工作时间设置8～25min，获得混合物料；(3)将所述混合物料加入到双螺杆挤出机中熔融混合并挤出造粒；双螺杆工作温度设置为：一区50～160℃，二区53～165℃，三区55～170℃，四区58～180℃，五区58～185℃，机头56～180℃，熔体56～180℃；双螺杆主机转速设置为10～20r/min；将所述混合物料挤出成线材进行冷却定型，冷却定型后再进入到造粒机中切粒造粒，造粒机切粒速度设置为5～15r/min，获得造粒混合物颗粒；(4)将所述造粒混合物颗粒烘干后与抗菌剂再次投入到混料机混合均匀，混料机混料转速设置为100～400r/min、混料温度设置为40～70℃、混料工作时间设置为5～15min，获得混合料；(5)将所述混合料加入到单螺杆塑料挤出机中熔融混合并挤出丝状熔融物，然后进入到冷却定型槽中冷却定型，获得丝状塑料线材；单螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区65～195℃、机筒二区65～200℃、机筒三区65～195℃、机头一区65～190℃，单螺杆主机转速设置为30～150r/min；(6)将所述丝状塑料线材经过风干机把水吹干；从风干机出来后再经过双向激光测径仪然后送入到牵引机，牵引机转速根据线径尺寸大小的不同情况来定(单螺杆主机转速不变的情况下，牵引速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于，其各组分按照重量份计为：

【技术特征摘要】
1.一种除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于，其各组分按照重量份计为：2.根据权利要求1所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于：所述高分子聚合物是将高分子聚合物颗粒原料投入到温度设定为50～90℃的烘烤机中烘烤3～8小时，使水分蒸发至完全干燥所得；所述的高分子聚合物为聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物和聚己内酯中的至少一种；其中，所述聚乳酸的相对分子量不小于10万，所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物的相对分子量不小于8万，所述聚己内酯的相对分子量不小于4.5万。3.根据权利要求1所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于：所述的芦苇纤维为粉末状纤维，尺寸在300目以上。4.根据权利要求1所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为有机硅烷偶联剂；所述有机硅烷偶联剂为偶联剂KH-550、偶联剂KH-560、偶联剂KH-570和偶联剂KH-590中的至少一种；5.根据权利要求1所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为热固性弹性体或热塑性弹性体中的至少一种。6.根据权利要求1所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于：所述的活性炭为纳米级多孔活性炭；所述的纳米级多孔活性炭为木质活性炭、竹质活性炭和果壳活性炭中的至少一种。7.根据权利要求1所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于：所述的抗菌剂为有机抗菌剂；所述的有机抗菌剂为甲壳素抗菌剂、壳聚糖抗菌剂、季膦盐类抗菌剂和季铵盐类抗菌剂中的至少一种。8.一种权利要求1～7中任意一项所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)首先通过氢氧化钠对芦苇纤维原料进行碱处理，然后加入偶联剂对碱处理后芦苇纤维进行表面改性，所得改性芦苇纤维经粉碎、研磨和筛选，获得300目以上的改性芦苇纤维粉末；(2)将高分子聚合物、与步骤(1)中所述芦苇纤维原料等重量的改性芦苇纤维粉末、增韧剂以及活性炭投入到温度设置为40～70℃的混料机中均匀混合，混料机混料转速设置为100～20...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂健良，谷文亮，周武艺，董先明，
申请(专利权)人：广州飞胜高分子材料有限公司，华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44