一种用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料及其制备方法，改性聚乳酸材料包含如下重量份的组分：聚乳酸100份，主增韧剂10‑15份，辅增韧剂5‑8份，填料20‑40份，二氧化硅消光粉3‑6份，钛酸酯偶联剂0.1‑0.5份，抗氧剂0.1‑0.6份，光稳定剂0.1‑0.6份，润滑剂0.2‑0.5份，所述主增韧剂为以甲基丙烯酸甲酯为壳的软核硬壳型核壳共聚物，所述辅增韧剂为含有酸酐或环氧基团的弹性体增韧剂，所述填料为硫酸钡粉体或碳酸钙粉体。本发明专利技术制备的用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料韧性极佳，抗老化性能优异，且具有优异的亚光表面效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料及其制备方法
本专利技术涉及一种用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料及其制备方法，属于3D打印用材料

技术介绍
3D打印技术是一种不需要传统刀具、夹具和机床，而是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，该技术在土木工程、珠宝、鞋类、汽车、航空航天、医疗等领域都有所应用。聚合物材料良好的热流动性、快速冷却粘结性、较高的机械强度，在3D打印制造领域得到快速的应用和发展，尤其聚乳酸(PLA)作为一种绿色环保、可生物降解的新材料，具有特别优异的3D打印效果——层间粘合力高、不易翘曲变形、打印件表面光滑平整，深受3D打印业内及相关创意设计人士的青睐。但是，聚乳酸材料本身韧性差、不耐弯折，有些聚乳酸线材甚至在长期的运输储存中就时常折断，因此，作为3D打印耗材使用的聚乳酸材料，十分有必要对其进行增韧改性。另外，普通的3D打印聚乳酸制品光泽度高，虽然给人带来良好的视觉感受，但也带来光污染的问题，随着人们对生活品质要求的提高以及环保理念的深入人心，亚光表面的制品已越来越受欢迎，在3D打印领域亦是如此，需要对3D打印用聚乳酸材料进行合适的改性，才能使其表面呈现亚光效果。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：为解决现有3D打印聚乳酸制品韧性差、光泽高的技术问题，提供一种用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料及其制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料，包含如下重量份的组分：聚乳酸100份，主增韧剂10-15份，辅增韧剂5-8份，填料20-40份，二氧化硅消光粉3-6份，钛酸酯偶联剂0.1-0.5份，抗氧剂0.1-0.6份，光稳定剂0.1-0.6份，润滑剂0.2-0.5份，所述主增韧剂为以甲基丙烯酸甲酯为壳的软核硬壳型核壳共聚物，所述辅增韧剂为含有酸酐或环氧基团的弹性体增韧剂，所述填料为硫酸钡粉体或碳酸钙粉体。优选地，所述聚乳酸为中等熔体流动速率的聚乳酸，或者由质量比为50-70：30-50的高熔体流动速率的聚乳酸与低熔体流动速率的聚乳酸组成；在温度为210℃、负荷为2.16kg的测试条件下，所述中等熔体流动速率的聚乳酸的熔体质量流动速率为10-15g/10min，所述低熔体流动速率的聚乳酸的熔体质量流动速率为3-7g/10min，所述高熔体流动速率的聚乳酸的熔体质量流动速率为50-80g/10min。优选地，所述以甲基丙烯酸甲酯为壳的软核硬壳型核壳共聚物为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯核壳共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯核壳共聚物或有机硅改性甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯核壳共聚物中的至少一种。优选地，所述辅增韧剂为马来酸酐接枝POE、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝ABS中的至少一种。优选地，所述二氧化硅消光粉为经硅烷偶联剂或高分子量聚乙烯蜡表面处理的二氧化硅消光剂，所述高分子量聚乙烯蜡的分子量为4000-10000。优选地，所述硫酸钡粉体或碳酸钙粉体的粒径为800目至2000目。优选地，所述钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂、单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂、螯合型钛酸酯偶联剂、配位体型钛酸酯偶联剂中的至少一种，优选为三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯、四辛氧基钛二[二(十三烷基亚磷酸酯)]或异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯中的至少一种。优选地，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙、单硬脂酸单甘油酯中的至少一种。优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，所述受阻酚类抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯，所述亚磷酸酯类抗氧剂为三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯。优选地，所述光稳定剂为二苯甲酮类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、受阻胺类光稳定剂中的至少一种，优选为3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸正十六酯、2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮、聚-4-(2-丙烯酰乙氧基)-2-羟基二苯甲酮、2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑、4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-S-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]六甲基烯[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]中的至少一种。本专利技术还提供一种上述用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料的制备方法，包括以下步骤：搅拌填料，同时喷入钛酸酯偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的填料烘干、冷却，得改性填料；将干燥聚乳酸、改性填料、增韧剂、二氧化硅消光粉、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂混合，得到预混原料；将预混原料加入双螺杆挤出机中挤出、造粒，得改性粒料；将改性粒料烘干，然后将烘干粒料加入单螺杆挤出机中挤出塑料熔体，将所得塑料熔体经冷却、风干、线径测量、牵引、收卷后得到线材。优选地，上述用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料的制备方法，具体包括以下步骤：将填料以100-400r/min的速度搅拌混合的同时雾化喷入偶联剂溶液，喷完偶联剂溶液后继续搅拌5-10分钟，然后将所得的表面浸润有偶联剂的填料在90-120℃下烘至水分不超过0.05％，冷却，得改性填料；将聚乳酸在50-60℃下烘至水分不超过0.05％，得干燥聚乳酸；将1/4-3/4的干燥聚乳酸加入混合机中，然后将改性填料、增韧剂、二氧化硅消光粉、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂加入混合机中，最后加入剩余聚乳酸，以300-600r/min的速度混合10-15分钟，得到预混原料；将预混原料加入双螺杆挤出机中挤出、造粒，得改性粒料；所述双螺杆挤出机的挤出温度为165-205℃，主机转速300-500r/min，喂料频率7-15r/min；将改性粒料于50-60℃烘至水分不超过0.05％，然后将烘干粒料加入单螺杆挤出机中挤出塑料熔体，将所得塑料熔体经冷却、风干、线径测量、牵引、收卷后得到线材；所述单螺杆挤出机的挤出温度为165-182℃；所述冷却优选为两个阶段，第一阶段为自然风冷却或45-55℃的热水冷却，第二阶段为20-35℃的冷水冷却。本专利技术的有益效果是：本专利技术制备的用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料大幅度改善了聚乳酸材料韧性差的问题，且抗老化性能优异，使其不但能够应用于一般装饰件，也可以用于打印高韧性的结构件，拓宽了3D打印聚乳酸材料的应用领域；另外，本专利技术的高韧亚光聚乳酸材料应用于3D打印时具有优异的打印效果，并赋予材料优异的亚光表面效果；具体的有益效果如下：选用熔体流动速率中等的聚乳酸基体材料或将低熔体流动速率与高熔体流动速率的聚乳酸材料共混使用，不仅解决了增韧剂、填料及二氧化硅消光粉的加入所带来的熔体流动性降低的问题，同时又具有良好的挤出效果。选用的主增韧剂为甲基丙烯酸甲酯为壳的核壳共聚物，与基体聚乳酸具有良好的相容性，十分有利于分散于基体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料，其特征在于，包含如下重量份的组分：聚乳酸100份，主增韧剂10‑15份，辅增韧剂5‑8份，填料20‑40份，二氧化硅消光粉3‑6份，钛酸酯偶联剂0.1‑0.5份，抗氧剂0.1‑0.6份，光稳定剂0.1‑0.6份，润滑剂0.2‑0.5份，所述主增韧剂为以甲基丙烯酸甲酯为壳的软核硬壳型核壳共聚物，所述辅增韧剂为含有酸酐或环氧基团的弹性体增韧剂，所述填料为硫酸钡粉体或碳酸钙粉体。

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料，其特征在于，包含如下重量份的组分：聚乳酸100份，主增韧剂10-15份，辅增韧剂5-8份，填料20-40份，二氧化硅消光粉3-6份，钛酸酯偶联剂0.1-0.5份，抗氧剂0.1-0.6份，光稳定剂0.1-0.6份，润滑剂0.2-0.5份，所述主增韧剂为以甲基丙烯酸甲酯为壳的软核硬壳型核壳共聚物，所述辅增韧剂为含有酸酐或环氧基团的弹性体增韧剂，所述填料为硫酸钡粉体或碳酸钙粉体。2.根据权利要求1所述的用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料，其特征在于，所述聚乳酸为中等熔体流动速率的聚乳酸，或者由质量比为50-70：30-50的高熔体流动速率的聚乳酸与低熔体流动速率的聚乳酸组成；在温度为210℃、负荷为2.16kg的测试条件下，中等熔体流动速率的聚乳酸的熔体质量流动速率为10-15g/10min，所述低熔体流动速率的聚乳酸的熔体质量流动速率为3-7g/10min，所述高熔体流动速率的聚乳酸的熔体质量流动速率为50-80g/10min。3.根据权利要求1或2所述的用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料，其特征在于，所述以甲基丙烯酸甲酯为壳的软核硬壳型核壳共聚物为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯核壳共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯核壳共聚物或有机硅改性甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯核壳共聚物中的至少一种，所述辅增韧剂为马来酸酐接枝POE、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝ABS中的至少一种。4.根据权利要求1-3任一项所述的用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料，其特征在于，所述二氧化硅消光粉为经硅烷偶联剂或高分子量聚乙烯蜡表面处理的二氧化硅消光剂，所述高分子量聚乙烯蜡的分子量为4000-10000，所述硫酸钡粉体或碳酸钙粉体的粒径为800目至2000目。5.根据权利要求1-4任一项所述的用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂、单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂、螯合型钛酸酯偶联剂、配位体型钛酸酯偶联剂中的至少一种，优选为三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯、四辛氧基钛二[二(十三烷基亚磷酸酯)]或异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯中的至少一种。6.根据权利要求1-5任一项所述的用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料，其特征在于，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸钙、单硬脂酸单甘油酯中的至少一种。7.根据权利要求1-6任一项所述的用于3D打印的高韧亚光改性聚乳酸材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，所述受阻酚类抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或4,6...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振，
申请(专利权)人：诺思贝瑞新材料科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32