一种聚乳酸细粉的加工方法技术

本发明专利技术涉及一种聚乳酸细粉的加工方法，包括：(1)将聚乳酸原料置于无氧容器中，常压下加热至聚乳酸原料熔融为液态，倾倒入冷却液中，急速冷却为固体；(2)冷却的聚乳酸洗净干燥后，粉碎即得聚乳酸细粉；所述加工方法制得的聚乳酸细粉粒径均匀，可以再加工制成高质量的聚乳酸线材用于3D打印，加工前后聚乳酸的化学结构并未改变，但与加工前相比，加工后的聚乳酸的主要官能团红外吸收峰强度下降，键能降低，分子内聚力变弱，易于粉碎。

【技术实现步骤摘要】
一种聚乳酸细粉的加工方法
本专利技术涉及一种高分子材料细粉的加工方法，尤其是一种聚乳酸细粉的加工方法。
技术介绍
聚乳酸属于脂肪族聚脂类化合物，具有良好的生物降解性，目前已成为生物降解医用材料方面最受重视的材料之一(科技导报，2009年第27卷第7期)。聚乳酸具有最良好的抗拉强度及延展度，是目前应用广泛，成型性优良且廉价的3D打印线原材料。采用熔融沉积法，将热熔性聚乳酸线材以齿轮带动,经过加热的挤出头受热变软,定向地落在打印平台，冷却成形得到相应的3D实物。聚乳酸用于3D打印时，需要首先将聚乳酸颗粒通过热熔制丝机制成一定直径的聚乳酸线材，才可用于3D打印机进行打印(塑料工业，2010年第38卷第7期)，线材均匀度越高，打印质量越优良。常见的聚乳酸是直径约5mm左右的白色薄片或类球型颗粒，纯净的聚L-乳酸结晶度在60％左右,熔点Tm为180℃,玻璃化温度Tg为60℃，拉伸强度大于70MPa,拉伸模量大于3GPa，断裂伸长率为3％左右，明显具有良好的刚性和强度(塑料工业，2007年第35卷增刊)。将薄片或颗粒状的聚乳酸制成丝状3D打印线材时，聚乳酸的粒径越小，则加工之后的线材质地越均匀，而聚乳酸较高的刚性和强度使其难于直接粉碎。虽然多篇论文以及某些专利(例如CN102357943)报道了聚乳酸的改性或再加工方法，但所述方法多为共聚、交联、表面修饰等化学方法和共混、增塑、纤维复合等物理方法。上述方法所用的高温、高压化学反应器以及高端加工设备，对于一般3D打印工作者而言难于实现，因此需要研发一种简便、快速、有效的聚乳酸细粉加工方法，这将成为推动3D打印技术普及的重要一环。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种聚乳酸细粉的加工方法。本专利技术采用的技术方案是：一种聚乳酸细粉的加工方法，具体步骤如下：(1)将聚乳酸原料置于无氧容器中，常压下加热至聚乳酸原料熔融为液态，倾倒入冷却液中，急速冷却为固体；(2)冷却的聚乳酸洗净干燥后，粉碎即得聚乳酸细粉。优选的，上述聚乳酸细粉的加工方法，将所述步骤(2)中聚乳酸细粉加入至热熔制丝机中，制得3D打印用聚乳酸线材。优选的，上述聚乳酸细粉的加工方法，所述步骤(1)中加热方式为油浴或空气浴加热，保证热力传导均匀，使聚乳酸颗粒基本同步熔融。优选的，上述聚乳酸细粉的加工方法，所述步骤(1)中加热温度为160℃-195℃。优选的，上述聚乳酸细粉的加工方法，所述步骤(1)中冷却液为0～25℃的蒸馏水或与聚乳酸密度相同的氯化钠水溶液。优选的，上述聚乳酸细粉的加工方法，所述步骤(1)中急速冷却需要保证冷却液的体积足够多，并且冷却液浸没于足量冰水混合物中，保证冷却液的温度不会升高。优选的，上述聚乳酸细粉的加工方法，所述步骤(1)中液态聚乳酸(离开热源后易固化)倾倒入冷却液的方式为一次性倾倒至冷却液中，液流要呈水平直线形，均匀并且稳定。本专利技术的有益效果是：上述聚乳酸细粉的加工方法，制得的聚乳酸细粉粒径均匀，可以再加工制成高质量的聚乳酸线材用于3D打印，加工前后聚乳酸的化学结构并未改变，但与加工前相比，加工后的聚乳酸的主要官能团红外吸收峰强度下降，键能降低，分子内聚力变弱，使其易于粉碎(见图4、图5)。附图说明图1是采用本专利技术方法加工之后的聚乳酸冷却物；图2是采用本专利技术方法加工之前聚乳酸的显微照片(放大300倍)；图3是采用本专利技术方法加工之后聚乳酸的显微照片(放大300倍)；图4是采用本专利技术方法加工之前聚乳酸的红外图谱；图5是采用本专利技术方法加工之后聚乳酸的红外图谱。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步说明，但实施例不限制本专利技术的保护范围。实施例1取1L球形烧瓶，置于烘箱中105℃加热2h，取出后立即充入二氧化碳至烧瓶冷却。称取聚乳酸(NatureWorks3051D)原料200g，加于上述烧瓶中，置于电热套中，加热至165℃，待聚乳酸完全熔融为液态后，呈线流状倾倒至冷水浴预冷的10L蒸馏水中，待聚乳酸完全冷却后滤出，自然干燥24h，置研钵中研磨，过80目筛，即得聚乳酸细粉。聚乳酸不溶于水，熔融的聚乳酸倾倒入水中后，由于表面张力作用，会形成圆柱状或细丝状(见图1)，微观上由致密的颗粒状(见图2)转变为疏松的网状结构(见图3)，这种网状结构比较松脆，干燥后易于粉碎。聚乳酸的密度约为0.9～1.25g·cm-3，根据倾倒的状态，要使聚乳酸呈圆柱状或细丝状漂在液面上，否则沉入液面以下会在冷却时大量包裹冷却液，难于干燥，从而干扰后续的粉碎操作。根据所用聚乳酸的密度，如果密度小于水的密度，则以蒸馏水作为冷却液；如果密度大于水的密度，则以同密度的氯化钠水溶液作为冷却液。由于冷却后的聚乳酸质脆，经适当干燥后，即可较容易粉碎或研磨为细粉。上述聚乳酸细粉的加工方法使用无氧容器的目的在于，聚乳酸在加热条件下易氧化变色或燃烧。以惰性气体置换容器中的氧气是制造无氧环境常用方法，所以本专利技术优选采用充满惰性气体的容器；选择常压加热是由于，熔融液态聚乳酸黏度较大，如果是减压条件，容易大量发泡，产生不可控的喷溅，因此优选常压加热；常压加热时，液态聚乳酸中的气泡可以慢慢溢出，由于存在气泡的溢出通道，冷却后易于形成疏松的网状结构，便于粉碎；将熔融的液态聚乳酸冷却完全后，自冷却液中过滤分离出来，用蒸馏水反复洗涤，60℃以下烘干，通过研钵研磨或采用常见的万能粉碎机即可轻易粉碎成80目以上的细粉，使聚乳酸的粉碎过程大大简化，避免了复杂的物理化学改性操作。上述聚乳酸细粉的加工方法制得的聚乳酸细粉粒径均匀，可以再加工制成高质量的聚乳酸线材用于3D打印，加工前后聚乳酸的化学结构并未改变，但与加工前相比，加工后的聚乳酸的主要官能团红外吸收峰强度下降，键能降低，分子内聚力变弱，使其易于粉碎(见图4、图5)。实施例2取5L不锈钢烧杯，置于烘箱中105℃加热2h，取出后立即充入氮气至烧杯冷却。称取聚乳酸(NatureWorks4032D)原料2kg，加于上述烧杯中，置于油浴锅中加热至190℃，待聚乳酸完全熔融为液态后，呈线流状倾倒至冷水浴预冷的40L5％氯化钠溶液中，待聚乳酸完全冷却后滤出，以蒸馏水反复洗涤，至硝酸银溶液法检查每lml洗液中氯离子的量不超过10μg时，将洗净的聚乳酸60℃烘干，置于万能粉碎机中粉碎，过100目筛，即得聚乳酸细粉。上述实施例对该一种聚乳酸细粉的加工方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本专利技术总体构思下的变化和修改，应属本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚乳酸细粉的加工方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)将聚乳酸原料置于无氧容器中，常压下加热至聚乳酸原料熔融为液态，倾倒入冷却液中，急速冷却为固体；(2)冷却的聚乳酸洗净干燥后，粉碎即得聚乳酸细粉。

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸细粉的加工方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)将聚乳酸原料置于无氧容器中，常压下加热至聚乳酸原料熔融为液态，倾倒入冷却液中，急速冷却为固体；(2)冷却的聚乳酸洗净干燥后，粉碎即得聚乳酸细粉。2.根据权利要求1所述的聚乳酸细粉的加工方法，其特征在于：将所述步骤(2)中聚乳酸细粉加入至热熔制丝机中，制得3D打印用聚乳酸线材。3.根据权利要求1所述的聚乳酸细粉的加工方法，其特征在于：所述步骤(1)中加热方式为油浴或空气浴加热，保证热力传导均匀，使聚乳酸颗粒基本同步熔融。4.根据权利要求1所述的聚乳酸细粉的加工方...

【专利技术属性】
技术研发人员：国大亮，张秀君，
申请(专利权)人：天津中医药大学，
类型：发明
国别省市：天津,12