一种增材制造三维二氧化钛光催化材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种增材制造三维二氧化钛光催化材料的方法，属于环境功能材料制备与应用领域。所述增材制造三维TiO2光催化材料的方法包括选取一定颗粒尺寸的TiO2颗粒和树脂材料，采用溶剂沉淀或机械混合的方法制备TiO2复合树脂粉末，然后采用激光选区烧结成形制备陶瓷胚体；或者采用机械混合方法制备TiO2复合光敏树脂浆料，然后采用光固化技术成形制备陶瓷胚体。制备的坯体经过排胶、煅烧最终制备出三维TiO2光催化材料。本发明专利技术采用增材制造技术制备三维TiO2光催化材料，能够按照材料实际使用需求设计制造复杂结构三维TiO2光催化材料，制备的三维TiO2光催化材料具有比表面积大、光催化效率高的优点。

A Method for Manufacturing Three-Dimensional Titanium Dioxide Photocatalytic Materials by Adding Materials

The invention discloses a method for manufacturing three-dimensional titanium dioxide photocatalytic material by adding materials, which belongs to the field of preparation and application of environmental functional materials. The method for fabricating three-dimensional photocatalytic material of titanium dioxide by adding materials includes selecting certain size of titanium dioxide particles and resin materials, preparing titanium dioxide composite resin powder by solvent precipitation or mechanical mixing, then preparing ceramic embryo by laser selective sintering, or preparing titanium dioxide composite photosensitive resin slurry by mechanical mixing, and then forming by photosolidification technology. Ceramic embryo body. Three-dimensional photocatalytic materials of titanium dioxide were prepared by dispelling and calcining the prepared green bodies. The three-dimensional titanium dioxide photocatalytic material is prepared by adding material manufacturing technology. The three-dimensional titanium dioxide photocatalytic material with complex structure can be designed and manufactured according to the actual use demand of the material. The prepared three-dimensional titanium dioxide photocatalytic material has the advantages of large specific surface area and high photocatalytic efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造三维二氧化钛光催化材料的方法
本专利技术属于先进制造技术和材料制备领域，更具体地，涉及一种增材制造三维二氧化钛光催化材料的方法。
技术介绍
增材制造技术(AdditiveManufacturing，AM)通过计算机辅助设计与制造，基于分层叠加的原理，将粉体材料直接成形任意复杂结构三维实体材料，使设计、制备复杂结构陶瓷材料成为可能。增材制造技术已经可用于陶瓷、高分子材料、金属及各种复合材料模型和零件的加工制造，其加工方式不受成形件复杂程度的影响，且成形效率高，已被广泛应用于工业、医学、工艺品及航空航天等领域，可以高效地制造个性化、复杂结构零部件。二氧化钛(TiO2)作为一种重要的陶瓷材料，因其具有优良的光催化活性、抗菌性、耐候性及高的介电常数，而被广泛应用于能源化工、电子器件、医学等领域。现有技术中公开的增材制造TiO2陶瓷材料包括：专利CN106179300A用于改良3D打印耗材性能的纳米二氧化钛及其制备方法，制备出了用于改良打印耗材性能的纳米TiO2陶瓷粉末；专利CN105694487A用于3D打印机的光触媒复合打印材料和打印机，通过复合石墨烯、合成蜡、纳米二氧化钛制备出能够降解有害气体的3D打印用复合打印材料；专利CN108249912A一种利用直写成型3D打印技术制备三维二氧化钛纳米多孔结构的方法，但成型精度不高，且不能制备结构复杂的三维二氧化钛。这些方法均不适用于成形制造高性能的TiO2光催化材料。现有技术中，增材制造三维二氧化钛(TiO2)光催化材料目前为空白状态。
技术实现思路
本专利技术采用激光选区烧结和光固化技术制备三维二氧化钛光催化材料，解决了现有技术中三维二氧化钛制备方法成型精度不高，且不能制备得到结构复杂的三维二氧化钛的技术问题。按照本专利技术的目的，提供了一种增材制造三维二氧化钛光催化材料的方法，含有以下步骤：(1)将TiO2粉末和固态树脂材料采用溶剂沉淀法或机械混合法，制备得到TiO2粉末和固态树脂材料的复合材料；设计所需三维二氧化钛光催化材料的三维CAD模型，将所述复合材料按照设计的三维CAD模型进行激光选区烧结，得到TiO2陶瓷胚体A；或者步骤(1)为以下技术方案：将TiO2粉末和液态光敏树脂材料采用机械混合法，制备得到TiO2粉末和液态光敏树脂材料的复合浆料；设计所需三维二氧化钛光催化材料的三维CAD模型，将所述复合浆料按照设计的三维CAD模型进行光固化，得到TiO2陶瓷胚体B；(2)将步骤(1)得到的陶瓷胚体A或陶瓷胚体B在500℃-600℃条件下加热2h-10h，使树脂材料挥发；然后在1000℃-1600℃条件下煅烧2h-10h，得到三维二氧化钛光催化材料。优选地，步骤(1)所述激光选区烧结过程中的铺粉层厚为100μm-200μm，激光功率为3W-50W，扫描速度为500mm/S-2000mm/S，扫描间距为50μm-200μm。优选地，步骤(1)所述TiO2粉末的颗粒直径为10nm-100μm。优选地，步骤(1)所述复合材料或复合浆料中TiO2粉末的质量分数为5％-30％。优选地，步骤(1)所述固态树脂材料为尼龙6、尼龙12、环氧树脂、酚醛树脂、硬脂酸和聚醚醚酮中的至少一种。优选地，步骤(1)中所述液态光敏树脂材料为不饱和聚酯、多烯/硫醇复合物、乙烯基醚类、丙烯酸酯和环氧树脂基光敏树脂中的至少一种。优选地，步骤(1)所述光固化过程中的激光波长为405nm，激光功率为50mW-500mW，浆料铺层厚度为50μm-200μm，扫描速率为500mm/S-2000mm/S，扫描间距为0.1mm-0.2mm。优选地，步骤(2)中所述煅烧的气氛为空气、氧气、氩气、氮气或真空环境。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：(1)本专利技术所述方法采用激光选区烧结和光固化技术成形制备三维二氧化钛光催化材料，解决了三维二氧化钛光催化材料成形制备过程中的技术问题，能按照设计需求的CAD模型快速制备出结构复杂的三维二氧化钛材料。制得的三维二氧化钛光催化材料具有成型精度高、能够成形复杂结构，同时技术具有非常高的设计自由度，且操作方便。(2)本专利技术中将陶瓷胚体在500℃-600℃条件下加热2h-10h；然后在1000℃-1600℃条件下煅烧2h-10h，得到三维二氧化钛光催化材料。由于TiO2陶瓷材料烧结温度很高，很难采用增材制造技术直接烧结，本专利技术采用间接成形的方法，将高熔点的TiO2陶瓷颗粒混合熔点较低的固态树脂材料和液态光敏树脂材料，采用增材制造技术成形陶瓷坯体后，经过排胶和高温煅烧最终制得形貌均匀的三维二氧化钛光催化材料。本专利技术中优选地选用TiO2粉末的颗粒直径为10nm-100μm，使得得到的三维二氧化钛光催化材料分散性好。本专利技术中复合材料或复合浆料中TiO2粉末的质量份数优选地为5％-30％，使得制得的三维二氧化钛为多孔结构，具有较大比表面积，有利于光催化反应的进行。(3)本专利技术所述增材制造的方法具有诸多优点：一是可方便地改变成型结构的形状尺寸，控制精确且操作灵活；二是成型过程中无需昂贵的模具，可极大缩短生产周期，提高效率，降低生产成本；三是节省原料以及所用材料无毒、无污染；四是采用激光选区烧结和光固化技术成形三维二氧化钛光催化材料，具有成形精度高，成形材料结构复杂的优点。采用增材制造成形制备的三维二氧化钛光催化材料具有比表面积大和联通结构，材料液固分离性好等优势，非常有利于材料光催化性能的提高，这为新型二氧化钛光催化材料的开发奠定了基础，在光催化领域具有广阔的应用前景。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下用具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的一种增材制造三维二氧化钛(TiO2)光催化材料的方法，具体包括以下步骤：(1)选取颗粒尺寸在10nm～100μm之间的TiO2粉末和树脂材料，TiO2以5％～30％的质量分数，采用溶剂沉淀法或机械混合法，制备出颗粒尺寸在10～100μm的TiO2复合树脂粉末。其中，溶剂沉淀法实施步骤包括将选取的陶瓷粉末和树脂材料分散于有机溶剂中，置于反应釜中搅拌加热至树脂材料溶解温度，保温一定时间，然后降温析出复合材料粉末，抽滤、干燥即制得二氧化钛复合树脂粉末；机械混合法实施步骤包括将选取的陶瓷粉末和树脂材料粉末置于球磨罐中，采用干法或湿法球磨，将陶瓷粉末均匀分散于树脂粉末中，取出干燥即可制得所需二氧化钛复合树脂粉末。将制备的复合粉末采用激光选区烧结技术，在一定铺粉层厚、激光功率、扫描速度、扫描间距条件下，激光使固态树脂材料熔化，粘接二氧化钛颗粒，制得TiO2陶瓷胚体。步骤(1)中所述制备TiO2复合树脂粉末中，所选取的树脂材料包括尼龙6、尼龙12、环氧树脂、酚醛树脂、硬脂酸、聚醚醚酮中的一种或几种。(2)选取颗粒尺寸在10nm～100μm之间的TiO2粉末和光敏树脂，TiO2以5％～30％的质量分数，采用机械混合法，制备TiO2复合光敏树脂浆料，将制备的复合浆料采用光固化技术，在一定激光波长、激光功率、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造三维二氧化钛光催化材料的方法，其特征在于，含有以下步骤：(1)将TiO2粉末和固态树脂材料采用溶剂沉淀法或机械混合法，制备得到TiO2粉末和固态树脂材料的复合材料；设计所需三维二氧化钛光催化材料的三维CAD模型，将所述复合材料按照设计的三维CAD模型进行激光选区烧结，得到TiO2陶瓷胚体A；或者步骤(1)为以下技术方案：将TiO2粉末和液态光敏树脂材料采用机械混合法，制备得到TiO2粉末和液态光敏树脂材料的复合浆料；设计所需三维二氧化钛光催化材料的三维CAD模型，将所述复合浆料按照设计的三维CAD模型进行光固化，得到TiO2陶瓷胚体B；(2)将步骤(1)得到的陶瓷胚体A或陶瓷胚体B在500℃‑600℃条件下加热2h‑10h，使树脂材料挥发；然后在1000℃‑1600℃条件下煅烧2h‑10h，得到三维二氧化钛光催化材料。

【技术特征摘要】
1.一种增材制造三维二氧化钛光催化材料的方法，其特征在于，含有以下步骤：(1)将TiO2粉末和固态树脂材料采用溶剂沉淀法或机械混合法，制备得到TiO2粉末和固态树脂材料的复合材料；设计所需三维二氧化钛光催化材料的三维CAD模型，将所述复合材料按照设计的三维CAD模型进行激光选区烧结，得到TiO2陶瓷胚体A；或者步骤(1)为以下技术方案：将TiO2粉末和液态光敏树脂材料采用机械混合法，制备得到TiO2粉末和液态光敏树脂材料的复合浆料；设计所需三维二氧化钛光催化材料的三维CAD模型，将所述复合浆料按照设计的三维CAD模型进行光固化，得到TiO2陶瓷胚体B；(2)将步骤(1)得到的陶瓷胚体A或陶瓷胚体B在500℃-600℃条件下加热2h-10h，使树脂材料挥发；然后在1000℃-1600℃条件下煅烧2h-10h，得到三维二氧化钛光催化材料。2.如权利要求1所述的增材制造三维二氧化钛光催化材料的方法，其特征在于，步骤(1)所述激光选区烧结过程中的铺粉层厚为100μm-200μm，激光功率为3W-50W，扫描速度为500mm/S-2000mm/S，扫描间距为50μm-200μm。3.如权利要求1所述的增材...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫春泽，李昭青，刘主峰，陈鹏，杨磊，伍宏志，史玉升，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42