一种用于3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材及其制备方法，其由以下重量份计的原料组成：PCL原料60～95份，植物纤维1～20份，纳米填料1～15份，扩链剂0.1～3份，抗菌剂0.2～2份。本发明专利技术将可再生植物纤维资源及抗菌剂加入到能完全降解的生物材料聚ε‑己内酯（PCL）中制成复合线材，与传统的PCL线材相比，该线材打印温度不变，但打印产品具有很好的拉伸强度、模量及柔韧性，同时该线材具有较好的抗菌性，产品打印过程顺畅、不堵塞打印机喷头，适用于多种3D成型技术，而且，打印产品具有木材的天然质感，在3D打印领域有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材及其制备方法
本专利技术涉及3D打印
，特别涉及一种3D打印用植物纤维复合线材及其制备方法。
技术介绍
随着3D打印技术的发展，3D打印的产品从原有的科普性产品向功能性产品发展，目前，3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作等领域，3D打印改变了传统工业生产制造模式，是21世纪最重要的技术之一。聚ε-己内酯（PCL）具有优良的生物相容性、记忆性、生物可降解性等，广泛地应用在各个领域。PCL柔软，便于加工，性能优良，可做组织工程支架材料。PCL最突出的特点就是融化温度非常低，PCL材料的熔点约60度，用PCL材料制备的3D打印耗材较低的打印温度不仅更环保节能，最大的意义还在于安全性，尤其是随着青少年儿童3D打印笔的日渐普及。但PCL在运输以及使用过程中，由于周围环境及空气中湿度，有害颗粒及气体等的影响，在其表面容易滋生细菌，富集污染物质等，会对人体健康造成不利影响，同时由于PCL材料的拉伸强度及模量低，进一步限制了PCL线材的应用。天然植物纤维是地球生物资源中储量最大的可再生资源，天然植物纤维主要包括麻、农作物剩余物等非木质植物纤维以及竹材、棉纤维、木材等木质植物纤维，是自然界中最丰富的天然高分子材料。天然植物纤维价格低廉,密度小,具有较高的弹性模量，与无机纤维相近,而它的生物降解性和可再生性是其它任何增强材料无法比拟的,因而具有广阔的发展前景。以天然植物纤维为增强材料、可降解塑料为基体制备的绿色复合材料具有完全可降解的优良特点，可广泛应用于教育、装饰品和日常生活等许多领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种价格低廉，低碳环保，制品具有较好的物理机械性能的3D打印PCL植物纤维复合线材及其制备方法。与传统的PCL线材相比，本专利技术的线材打印温度不变，打印产品却具有较好的拉伸强度和柔韧性，可有效解决产品打印过程中出现的翘曲问题，且产品具有抗菌功能，目前，市面上流行的PCL3D打印产品及其原材料都还没有抗菌功能,该专利技术制备的PCL线材特别适用于青少年儿童3D打印教育的普及，在3D打印领域具有广阔的应用前景。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种用于3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材及其制备方法，按重量份数计，包括PCL原料60～95份，植物纤维1～20份，纳米填料1～15份，扩链剂0.1～3份，抗菌剂0.2～2份。所述植物纤维为木粉、竹粉、秸秆粉、甘蔗粉、稻秆粉、花生壳粉中的一种或几种任意组合。所述的植物纤维为粒径300～2000目的粉状颗粒。所述的纳米填料为纳米滑石粉、纳米玻璃微珠、纳米蒙脱土、纳米碳酸钙中的一种或几种任意组合。所述的扩链剂为分子链上带有两个或两个以上具有反应活性基团的低分子量化合物，优选巴斯夫股份公司的ADR-4368,ADR-4468,ADR-4468CS,ADR-4370,ADR-4370S,ADR-4300F,ADR-4300。所述的植物纤维是经过硅烷偶联剂表面处理过的，其中硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570和KH590的一种或几种任意组合；偶联剂使用的质量为植物纤维质量的0.5%～10%。所述的抗菌剂为纳米银、纳米铜、纳米银锌超细粉末、纳米二氧化钛中的一种或至少两种。植物纤维的表面处理方法：将合适粒径的500g植物纤维倒入1000ml去离子水中，向去离子水中加入一定量的硅烷偶联剂后在800r/min离心速度搅拌下处理60～80min，然后抽滤、烘干，制得偶联剂表面处理过的植物纤维，备用。3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材的制备：将PCL在40℃烘箱中干燥8～10h，植物纤维、纳米填料在70～80℃烘箱中干燥6～8h；将各组份按重量比称取后置于高速捏合机中在转速3000rpm/min下高速搅拌处理20min；混合后的物料加入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒，双螺杆挤出机温度参数为：一区温度60℃，二区温度110℃，三区温度145℃，四区温度145℃，五区温度145℃；所造粒子干燥后用聚合物3D线材生产装置挤出加工成线材，挤出机温度设定为：一区温度50℃，二区温度110℃，三区温度110℃，四区温度115℃，模头温度90℃，得到直径为1.75±0.05mm的挤出线材，即抗菌PCL植物纤维复合线材。具体实施方式本专利技术的实施例1：一种用于3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材及其制备方法，按重量份数计算，包括PCL原料85份，木粉8份（粒径约300目），纳米滑石粉5份，扩链剂ADR-43701.5份，纳米银0.5份。制备过程如下：植物纤维的表面处理方法：将合适粒径的500g植物纤维倒入1000ml去离子水中，向去离子水中加入20g的硅烷偶联剂后在800r/min离心速度搅拌下处理60～80min，然后抽滤、烘干，制得偶联剂表面处理过的植物纤维，备用。3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材的制备：将PCL在40℃烘箱中干燥8～10h，木粉、纳米滑石粉在70～80℃烘箱中干燥6～8h；将各组份按重量比称取后置于高速捏合机中在转速3000rpm/min下高速搅拌处理20min；混合后的物料加入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒，双螺杆挤出机温度参数为：一区温度60℃，二区温度110℃，三区温度145℃，四区温度145℃，五区温度145℃；所造粒子干燥后用聚合物3D线材生产装置挤出加工成线材，挤出机温度设定为一区温度50℃，二区温度110℃，三区温度110℃，四区温度115℃，模头温度90℃，得到直径为1.75±0.05mm的挤出线材，即抗菌PCL植物纤维复合线材。本专利技术的实施例2：一种用于3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材及其制备方法，按重量份数计算，包括PCL原料72份，木粉10份（粒径约400目），秸秆粉5份（粒径约400目），纳米玻璃微珠8份，纳米碳酸钙2份，扩链剂ADR-43700.5份，ADR-44681.5份，纳米银0.5份，纳米铜0.5份。制备过程如下：植物纤维的表面处理方法：将334g木粉，166g秸秆粉倒入1000ml去离子水中，向去离子水中加入25g硅烷偶联剂KH550和5g硅烷偶联剂KH560后在800r/min离心速度搅拌下处理60～80min，然后抽滤、烘干，制得偶联剂表面处理过的植物纤维，备用。3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材的制备：将PCL在40℃烘箱中干燥8～10h，木粉、秸秆粉、纳米玻璃微珠、纳米碳酸钙在70～80℃烘箱中干燥6～8h；将各组份按重量比称取后置于高速捏合机中在转速3000rpm/min下高速搅拌处理20min；混合后的物料加入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒，双螺杆挤出机温度参数为：一区温度60℃，二区温度110℃，三区温度145℃，四区温度145℃，五区温度145℃；所造粒子干燥后用聚合物3D线材生产装置挤出加工成线材，挤出机温度设定为一区温度50℃，二区温度110℃，三区温度110℃，四区温度115℃，模头温度90℃，得到直径为1.75±0.05mm的挤出线材，即抗菌PCL植物纤维复合线材。本专利技术的实施例3：一种用于3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材及其制备方法，按重量份数计算，包括PCL原料70份，稻秆粉10份（粒径约400目），秸秆粉5份（粒径约400目），纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材及其制备方法，其特征在于：按重量份数计算，包括PCL原料60～95份，植物纤维1～20份，纳米填料1～15份，扩链剂0.1～3份，抗菌剂0.2～2份。

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材及其制备方法，其特征在于：按重量份数计算，包括PCL原料60～95份，植物纤维1～20份，纳米填料1～15份，扩链剂0.1～3份，抗菌剂0.2～2份。2.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材及其制备方法，其特征在于：所述植物纤维为木粉、竹粉、秸秆粉、甘蔗粉、稻秆粉、花生壳粉中的一种或几种任意组合。3.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的抗菌PCL植物纤维复合线材及其制备方法，其特征在于：所述纳米填料为纳米滑石粉、纳米玻璃微珠、纳米蒙脱土、纳米碳酸钙中的一种或几种任意组合。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙静，韦良强，罗珊珊，黄安荣，石敏，
申请(专利权)人：贵州省材料产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：贵州,52