生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金，其包括聚乳酸、聚呋喃二甲酸丁二醇酯、增韧剂、成核剂以及助剂等。本发明专利技术的改性聚乳酸合金在保持聚乳酸良好力学模量和强度的基础上，提高了聚乳酸的断裂伸长率，并具有优良的反光性能，其在400～760nm的可见光波段具有较高的反射率，反射率等于或大于45％。本发明专利技术还公开了所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金于3D打印领域的应用，其可以提高3D打印制品的断裂伸长率和表面光滑度，使得制品更加美观。同时基于所述改性聚乳酸合金的3D打印材料的韧性好、挤出变形小、外表规整，经过打印模型验证，打印后制品具有收缩率低、工艺简单、冷却快、外观光泽好的优点，打印适用性广阔。

Biodegradable poly (furan two carboxylic acid) butanediol modified polylactic acid alloy and its application

The invention discloses a polylactic acid alloy modified by bio-based polybutylene furadate, which comprises polylactic acid, polybutylene furadate, toughening agent, nucleating agent and auxiliaries, etc. The modified polylactic acid alloy of the invention improves the elongation at break of the polylactic acid and has excellent reflective property on the basis of maintaining the good mechanical modulus and strength of the polylactic acid, and has high reflectivity in the visible light band of 400-760 nm, and the reflectivity is equal to or greater than 45%. The invention also discloses the application of the bio-based polybutylene furadate modified polylactic acid alloy in the field of 3D printing, which can improve the breaking elongation and surface smoothness of 3D printing products and make the products more beautiful. At the same time, based on the 3D printing material of the modified polylactic acid alloy, which has good toughness, small extrusion deformation and regular appearance, the printed product has the advantages of low shrinkage, simple process, fast cooling and good appearance luster, and has wide printing applicability.

【技术实现步骤摘要】
生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金及其应用
本专利技术涉及一种含有呋喃二甲酸的聚乳酸合金的应用，具体涉及一种生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金及其在3D打印中的应用，属于生物基高分子材料及高分子成型加工领域。
技术介绍
3D打印技术(3DPrinting)是21世纪制造业领域迅速发展的一项成型制造技术，又称为增材制造，结合计算机软件技术，将需要打印的制件形状输入计算机，然后以层层打印的形式输出，能够打印形状复杂的制品，且理论上没有原材料的浪费。现有的打印材料可以是金属、陶瓷和塑料，由于塑料成型速度快、质地轻，已成为3D打印材料的一个重要组成部分。现有的3D打印塑料主要有聚碳酸酯(PC)、尼龙(PA)、聚乳酸(PLA)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，其中PLA由于其自身的生物可降解性能和打印性能的优点，已成为很受欢迎的3D打印材料，但是PLA本身的韧性不好，需要对PLA进行增韧，拓宽其适用范围。而增韧后的PLA又难免存在收缩率增加，冷却时间变长等不利于3D打印的问题。现有技术通常是通过添加增容剂和增塑剂来改善材料的韧性，但这样会影响材料的力学强度、尺寸收缩以及冷却速度。在公开号为CN105419265A的中国专利中，专利技术人利用ABS改性PLA获得了一种性能良好的3D打印合金，但ABS在打印过程中会生产比较大的难闻的气味。在公开号为CN104725806A的中国专利中，专利技术人利用多种成分改性PLA获得了一种性能良好的3D打印PLA增韧材料，但其配方较为复杂，可能存在小分子析出问题。公开号为CN104177798A的中国专利公开了一种改性PLA复合材料，使用单螺杆挤出机制备线材，会存在各组分混合不均匀的情况。在公开号为CN104693709A的中国专利中，专利技术人利用聚碳酸酯对PLA进行改性，其加工温度多数在200℃以上，会造成PLA的热降解。所以寻找一种既能维持PLA良好的力学强度又能增加PLA的韧性、且不影响其在3D打印过程中的流动、收缩和冷却性能的聚合物显得十分重要，另外3D打印制品的表面美观性和光泽度也是一个很重要的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金及其在3D打印中的应用，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金在3D打印中的应用。其中，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金包括如下组分：聚乳酸62～90wt％，聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)4～30wt％，增韧剂1～5wt％，成核剂0.1～1.5wt％以及助剂0.5～2wt％。在一些较佳实施方案中，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金的拉伸强度为60～65MPa，断裂伸长率为107～153％，且所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金在400～760nm的可见光波段的反射率≥45％。优选的，当所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金包含10wt％聚呋喃二甲酸丁二醇酯时，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金对于波长为632.8nm的可见光的反射率为52.4％。本专利技术实施例还提供了前述的生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金，其包括如下组分：聚乳酸62～90wt％，聚呋喃二甲酸丁二醇酯4～30wt％，增韧剂1～5wt％，成核剂0.1～1.5wt％以及助剂0.5～2wt％。优选的，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金的拉伸强度为60～65MPa，断裂伸长率为107～153％，且所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金在400～760nm的可见光波段的反射率≥45％。本专利技术实施例还提供了前述的生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金的制备方法，其包括：将干燥的聚乳酸、聚呋喃二甲酸丁二醇酯、增韧剂、成核剂及助剂混合后经双螺杆挤出机挤出造粒形成生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金，所述双螺杆挤出机的加工条件包括：一区温度为150～170℃，二区温度为170～200℃，三区温度为175～200℃，四区温度为175～200℃，机头温度为175～195℃，主机转速为40～300rpm。本专利技术实施例还提供了一种3D打印材料，其包含前述的生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金。优选的，所述3D打印材料的制备方法包括：使用单螺杆线条挤出机和拉线牵引机将前述的生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金进行牵引成线，得到3D打印材料。本专利技术实施例还提供了一种3D打印制品，其由前述的3D打印材料经打印设备打印而成。与现有技术相比，本专利技术的优点至少在于：(1)本专利技术提供的生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金中采用的聚呋喃二甲酸丁二醇酯与聚乳酸均为全生物基材料，均可来源于植物等，不依赖化石能源，不添加额外的重金属氧化物，具有良好的生态友好及环保性；(2)本专利技术提供的生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金在保持聚乳酸良好力学模量和强度的基础上，提高了聚乳酸的断裂伸长率，并具有优良的反光性能，其在400～760nm的可见光波段具有较高的反射率，反射率等于或大于45％。例如：该改性合金在PBF含量为10％、可见光波段在632.8nm时的反射率(R％＝52.4％)优于纯PLA(R％＝7.6％)，是纯PLA反射率的6-7倍左右，其应用于3D打印上，可以提高制品的断裂伸长率和表面光滑度，使得制品更加美观；(3)本专利技术提供的3D打印材料的韧性好、挤出变形小、外表规整，且经过打印模型验证，打印后的制品具有收缩率低、工艺简单、冷却快、外观光泽好的优点，打印适用性广阔。附图说明图1为本专利技术一典型实施例提供的生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金作为打印线材打印的花瓶模型、以及用纯聚乳酸打印的花瓶模型的对比示意图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，提供了一种生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金及其在3D打印中的应用，其在保持PLA良好力学强度的基础上，提高了PLA的断裂伸长率，并赋予了合金优异的反光性能。基于上述描述，本案专利技术人得以提出本专利技术的技术方案，如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例的一个方面提供的一种生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金在3D打印中的应用。其中，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金(亦称生物基聚酯改性聚乳酸合金，或简称聚乳酸改性合金，或简称PLA改性合金)包括如下组分：聚乳酸62～90wt％，聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)4～30wt％，增韧剂1～5wt％，成核剂0.1～1.5wt％以及助剂0.5～2wt％。在一些较佳实施方案中，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金的拉伸强度为60～65MPa，断裂伸长率为107～153％，且所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金在400～760nm的可见光波段的反射率≥45％，优选为48.5～54.6％。优选的，当所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金包含10wt％聚呋喃二甲酸丁二醇酯时，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金对于波长为632.8nm的可见光的反射率为52.4％。在一些较佳实施方案中，所述增韧剂包括乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金在3D打印中的应用。

【技术特征摘要】
1.生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金在3D打印中的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金包括聚乳酸62～90wt％，聚呋喃二甲酸丁二醇酯4～30wt％，增韧剂1～5wt％，成核剂0.1～1.5wt％以及助剂0.5～2wt％。3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金的拉伸强度为60～65MPa，断裂伸长率为107～153％；优选的，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金对于波长为400～760nm的可见光的反射率≥45％，尤其优选为48.5％～54.6％；优选的，当所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金包含10wt％聚呋喃二甲酸丁二醇酯时，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金对于波长为632.8nm的可见光的反射率为52.4％。4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述聚乳酸采用熔点为150～180℃的挤出级聚乳酸，重均分子量在4万～15万；和/或，所述聚呋喃二甲酸丁二醇酯选自含有呋喃环二酸和丁二醇结构的生物基聚酯，且所述生物基聚酯的特性粘度为0.8～1.2；优选的，所述呋喃环二酸和丁二醇结构的摩尔比为1：1～4；和/或，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金包含4～30wt％的聚呋喃二甲酸丁二醇酯；和/或，所述增韧剂包括乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐三元共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述成核剂包括二氧化硅、二(苯亚甲基)山梨醇、滑石粉、酰肼类化合物中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述助剂包括抗氧剂、润滑剂、热稳定剂、紫外光吸收剂中的任意一种或两种以上的组合。5.根据权利要求1-4中任一项所述的应用，其特征在于：所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金主要由干燥的聚乳酸、聚呋喃二甲酸丁二醇酯、增韧剂、成核剂及助剂混合后经双螺杆挤出机挤出造粒形成，所述双螺杆挤出机的加工条件包括：一区温度为150～170℃，二区温度为170～200℃，三区温度为175～200℃，四区温度为175～200℃，机头温度为175～195℃，主机转速为40～300rpm。6.一种生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金，其特征在于包括：聚乳酸62～90wt％，聚呋喃二甲酸丁二醇酯4～30wt％，增韧剂1～5wt％，成核剂0.1～1.5wt％以及助剂0.5～2wt％；优选的，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金的拉伸强度为60～65MPa，断裂伸长率为107～153％；优选的，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金对于波长为400～760nm的可见光的反射率≥45％，尤其优选为48.5％～54.6％；尤其优选的，当所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金包含10wt％聚呋喃二甲酸丁二醇酯时，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金对于波长为632.8nm的可见光的反射率为52.4％；优选的，所述聚乳酸采用熔点为150～180℃的挤出级聚乳酸，重均分子量在4万～15万；优选的，所述聚呋喃二甲酸丁二醇酯选自含有呋喃环二酸和丁二醇结构的生物基聚酯，且所述生物基聚酯的特性粘度为0.8～1.2；尤为优选的，所述呋喃环二酸和丁二醇结构的摩尔比为1：1～4；优选的，所述生物基聚呋喃二甲酸丁二醇酯改性聚乳酸合金包含4～30wt％的聚呋喃二甲酸丁二醇酯；优选的，所述增韧剂包括乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐三元共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述成核剂包括二氧化硅、二(苯亚甲基)山梨...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙昱，张若愚，黄骏成，王静刚，江艳华，朱锦，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33