一种聚乳酸3D打印线材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚乳酸3D打印线材及其制备方法，包括如下组分:（a）聚乳酸99.0～100份；(b)润滑剂0～1.0份；其中，该聚乳酸3D打印线材的结构满足如下关系式：365℃≤Tx≤385℃且80℃≤Tm‑Tg≤115℃,其中，Tm为熔点，Tg为玻璃化转变温度，Tx为最大失重速率温度。本发明专利技术通过研究发现，当聚乳酸3D打印线材的结构满足如下关系式：365℃≤Tx≤385℃且80℃≤Tm‑Tg≤115℃时，该聚乳酸3D打印线材在拉线挤出速度为40Kg/h，挤出线材线径为1.75cm时，线材线径极差≤0.12cm，线材线径相对偏差<5%，从而展现出良好的线材挤出稳定性。

A kind of 3D printing wire for polylactic acid and its preparation method

\u672c\u53d1\u660e\u516c\u5f00\u4e86\u4e00\u79cd\u805a\u4e73\u91783D\u6253\u5370\u7ebf\u6750\u53ca\u5176\u5236\u5907\u65b9\u6cd5\uff0c\u5305\u62ec\u5982\u4e0b\u7ec4\u5206:\uff08a\uff09\u805a\u4e73\u917899.0\uff5e100\u4efd\uff1b(b)\u6da6\u6ed1\u52420\uff5e1.0\u4efd\uff1b\u5176\u4e2d\uff0c\u8be5\u805a\u4e73\u91783D\u6253\u5370\u7ebf\u6750\u7684\u7ed3\u6784\u6ee1\u8db3\u5982\u4e0b\u5173\u7cfb\u5f0f\uff1a365\u2103\u2264Tx\u2264385\u2103\u4e1480\u2103\u2264Tm\u2011Tg\u2264115\u2103,\u5176\u4e2d\uff0cTm\u4e3a\u7194\u70b9\uff0cTg\u4e3a\u73bb\u7483\u5316\u8f6c\u53d8\u6e29\u5ea6\uff0cTx\u4e3a\u6700\u5927\u5931\u91cd\u901f\u7387\u6e29\u5ea6\u3002 The study found that when the structure of polylactic acid 3D print wire to meet the following formula: 365 C = Tx = 385 C and 80 C = Tm Tg is less than or equal to 115 DEG C, the polylactic acid 3D print wire in cable extrusion speed is 40Kg/h, the diameter of 1.75cm extrusion wire, wire diameter range is less than or equal to 0.12cm, wire diameter of < 5%, the relative deviation; to show good wire extrusion stability.

【技术实现步骤摘要】
一种聚乳酸3D打印线材及其制备方法
本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种聚乳酸3D打印线材及其制备方法。
技术介绍
聚乳酸（PLA）是由饱含淀粉质的玉米经过现代生物技术生产出无色透明的液体-乳酸，再经过特殊的聚合反应过程生成颗粒状高分子材料。PLA具有最良好的抗拉强度及延展度，可以用各种普通加工方式生产，例如：熔化挤出成型，注射成型，吹膜成型，发泡成型及真空成型等。另外，由于PLA具有良好的生物降解性，因此，PLA塑料可被应用于3D打印材料中，但现阶段将PLA作为通用塑料特别是3D打印耗材基材大面积推广应用还受到一定的限制，这主要是由于聚乳酸的脆性严重，缺口冲击强度小于3KJ/m2，严重的限制了它的广泛应用。采用多组分共混改性的方法提高聚乳酸的韧性是目前的主要技术手段，但是各种相容性较差的组分的加入会影响聚乳酸挤出稳定性。因此如何使聚乳酸的韧性得到提高而又不影响其挤出稳定性是扩大聚乳酸在3D打印耗材中的应用中必须解决的问题。本专利技术通过研究进一步发现，当聚乳酸3D打印线材的结构满足如下关系式：365℃≤Tx≤385℃且80℃≤Tm-Tg≤115℃时，该聚乳酸3D打印线材在拉线挤出速度为40Kg/h，挤出线材线径为1.75cm时，线材线径极差≤0.12cm，线材线径相对偏差&lt;5%，从而展示出较好的线材挤出稳定性。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于提供一种聚乳酸3D打印线材，该聚乳酸3D打印线材具有明显改善的挤出稳定性。本专利技术的另一目的在于提供上述聚乳酸3D打印线材的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种聚乳酸3D打印线材，按重量份数计，包括如下组分:（a）聚乳酸99.0～100份；(b)润滑剂0～1.0份；其中，该聚乳酸3D打印线材的结构满足如下关系式：365℃≤Tx≤385℃且80℃≤Tm-Tg≤115℃,其中，Tm为熔点，Tg为玻璃化转变温度，Tx为最大失重速率温度。其中，熔点Tm的测试方法：DSC测试，样品先以10℃/min的升温速率从30℃升温到220℃，并在220℃保持3min以消除热历史，然后以10℃/min的速率降温至30℃，再以10℃/min的速率升温至220℃，得到样品的第二次熔融曲线，选取此曲线熔融峰值即为熔点；玻璃化转变温度Tg的测试方法：在德国Netzsch公司的DSC204热分析仪上进行，用氮气保护，质量为5±1mg的样品先以10℃/min的升温速率从30℃升温到160℃，并在160℃保持3min，然后以20℃/min的速率降温至－110℃，再以10℃/min的速率升温至150℃。样品的玻璃化转变温度Tg取自第二次升温的曲线，以拐弯处的外延线与基线交点作为玻璃化转变温度Tg的值；最大失重速率温度Tx的测试方法：采用NETZCH公司的TG209型热重分析仪，在氮气气氛下测定树脂的热失重曲线，DTG曲线的峰顶温度为最大失重速率温度Tx；选择升温速率为10℃/min。Tm-Tg是指分子结构的熔点与玻璃化转变温度的差值，其实际反映的是聚乳酸3D打印线材的加工窗口宽窄及挤出稳定性，Tx是指最大失重速率温度，反映的是失重曲线下降段的转折点温度，影响Tx值和Tm-Tg的差值的因素有很多，比如原料单体结构或比例的不同，分子量和分子链序列结构的变化，加入润滑剂组分的影响及制备工艺过程（如工艺参数的不同等）等诸多因素，都会影响最终制备得到的聚乳酸3D打印线材的分子结构存在较大区别，从而导致其Tx值和Tm-Tg的差值存在明显差异。本专利技术通过研究发现，当聚乳酸3D打印线材的结构满足如下关系式：365℃≤Tx≤385℃且80℃≤Tm-Tg≤115℃时，在拉线挤出速度为40Kg/h，挤出线材线径为1.75cm时，线材线径极差≤0.12cm，线材线径相对偏差&lt;5%，从而展现出良好的挤出稳定性。优选的，所述聚乳酸3D打印线材的结构满足如下关系式：370℃≤Tx≤380℃且95℃≤Tm-Tg≤110℃,更优选的，所述聚乳酸3D打印线材的结构满足如下关系式：372℃≤Tx≤378℃且98℃≤Tm-Tg≤107℃,其中，Tm为熔点，Tg为玻璃化转变温度，Tx为最大失重速率温度。所述聚乳酸的熔体流动速率在190℃、2.16kg载荷条件下为2g/10min-8g/10min。所述润滑剂选自硬酯酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸锌、金属皂的高分子复合酯、乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、硅酮类润滑剂中的一种或两种以上的混合物。所述聚乳酸3D打印线材在拉线挤出速度为40Kg/h，挤出线材线径为1.75cm时，线材线径极差&lt;0.12cm，线材线径相对偏差&lt;5%。本专利技术还提供了上述的一种聚乳酸3D打印线材的制备方法，包括如下步骤：（1）将聚乳酸和润滑剂按重量份数混合均匀后投入双螺杆挤出机中，于160℃-180℃挤出、造粒，得到组合物；（2）将步骤（1）得到的组合物在单螺杆挤出机上进行拉线，控制水槽温度为40℃～60℃之间，即得聚乳酸3D打印线材。优选的，步骤（2）中，水槽分为两段水槽，控制第一段水槽温度为40℃-50℃，控制第二段水槽温度为50℃-60℃。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：（1）本专利技术通过研究发现，当聚乳酸3D打印线材的结构满足如下关系式：365℃≤Tx≤385℃且80℃≤Tm-Tg≤115℃时，该聚乳酸3D打印线材在拉线挤出速度为40Kg/h，挤出线材线径为1.75cm时，线材线径极差≤0.12cm，线材线径相对偏差&lt;5%，从而展现出良好的线材挤出稳定性；（2）本专利技术在制备过程中，通过控制挤出的工艺参数，制备得到的聚乳酸3D打印线材具有良好的挤出稳定性。具体实施方式下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术，以下实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受下述实施例的限制。本专利技术所采用的原料如下：聚乳酸（PLA）：购自美国Natureworks公司，熔体流动速率在190℃、2.16kg载荷条件下为5g/10min；润滑剂：芥酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺、硅酮母粒均来源于市购产品。实施例1-6：聚乳酸3D打印线材的制备（1）将PLA和润滑剂按表1所示重量份数混合均匀后投入双螺杆挤出机中，于160℃-180℃挤出、造粒，得到组合物；（2）将步骤（1）得到的组合物在单螺杆挤出机上进行拉线，控制水槽温度为40℃～60℃之间，即得聚乳酸3D打印线材，其中，挤出线材线径为1.75cm，拉线挤出速度为40Kg/h，性能测试结果如表1所示。实施例7：步骤（2）中水槽分为两段水槽，控制第一段水槽温度为40℃-50℃，控制第二段水槽温度为50℃-60℃，其余同实施例2。对比例1：步骤（2）中，控制水槽温度为65-70℃之间，其余同实施例2。对比例2：PLA95.0份，润滑剂5.0份，其余同实施例2。对比例3：步骤（2）中，控制水槽温度为65-70℃之间，其余同实施例1。性能测试方法：熔点（Tm）的测试方法：DSC测试：样品先以10℃/min的升温速率从30℃升温到220℃，并在220℃保持3min以消除热历史，然后以10℃/min的速率降温至30℃，再以10℃/min的速率升温至220℃，得到样品的第二次熔融曲线，选取此曲线熔融峰值即为熔点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚乳酸3D打印线材，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分:（a）聚乳酸      99.0～100份；(b) 润滑剂     0～1.0份；其中，该聚乳酸3D打印线材的结构满足如下关系式：365℃≤Tx≤385℃ 且80℃≤Tm‑Tg≤115℃,其中，Tm为熔点，Tg为玻璃化转变温度，Tx为最大失重速率温度。

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸3D打印线材，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分:（a）聚乳酸99.0～100份；(b)润滑剂0～1.0份；其中，该聚乳酸3D打印线材的结构满足如下关系式：365℃≤Tx≤385℃且80℃≤Tm-Tg≤115℃,其中，Tm为熔点，Tg为玻璃化转变温度，Tx为最大失重速率温度。2.根据权利要求1所述的一种聚乳酸3D打印线材，其特征在于，熔点Tm的测试方法：DSC测试，样品先以10℃/min的升温速率从30℃升温到220℃，并在220℃保持3min以消除热历史，然后以10℃/min的速率降温至30℃，再以10℃/min的速率升温至220℃，得到样品的第二次熔融曲线，选取此曲线熔融峰值即为熔点；玻璃化转变温度Tg的测试方法：在德国Netzsch公司的DSC204热分析仪上进行，用氮气保护，质量为5±1mg的样品先以10℃/min的升温速率从30℃升温到160℃，并在160℃保持3min，然后以20℃/min的速率降温至－110℃，再以10℃/min的速率升温至150℃；样品的玻璃化转变温度Tg取自第二次升温的曲线，以拐弯处的外延线与基线交点作为玻璃化转变温度Tg的值；最大失重速率温度Tx的测试方法：采用NETZCH公司的TG209型热重分析仪，在氮气气氛下测定树脂的热失重曲线，DTG曲线的峰顶温度为最大失重速率温度Tx；选择升温速率为10℃/min。3.根据权利要求1所述的一种聚乳酸3D打印线材，其特征在于，所述聚乳酸3D打印线材的结构满足如下关系式：370℃≤Tx...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊凯，袁志敏，蔡彤旻，黄险波，曾祥斌，焦建，苑仁旭，钟宇科，卢昌利，杨晖，麦开锦，董学腾，
申请(专利权)人：金发科技股份有限公司，珠海万通化工有限公司，天津金发新材料有限公司，上海金发科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44