本发明专利技术公开一种可完全降解回收的3D打印制件及其制备方法与应用。所述制件由下述组合物体系制备得到：(A)硅氧烷水解液与碱溶液的混合分散液；(B)低表面能聚合物溶液；和(C)无机填料。本发明专利技术提供的3D打印制件在加热条件下可在水或含水溶剂中完全降解成单体，实现制件的完全降解回收，回收方法简便，回收效率高；可重复利用，进行多次3D打印成型，材料利用率高。材料利用率高。材料利用率高。
【技术实现步骤摘要】
一种可完全降解回收的3D打印制件及其制备方法与应用
[0001]本专利技术属于3D打印领域，具体涉及一种可完全降解回收的3D打印制件及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]3D打印作为一种新型的成型技术，在建筑、航空航天、生物医用、智能器件等诸多领域已引起了广泛的关注。相比于传统的加工方式，3D打印可以直接成型复杂结构、无需模具和繁琐的工艺流程。其中，高分子材料是3D打印中最为常用的材料，适用于直接书写打印、熔融挤出成型、数字光处理打印、选择性激光烧结等多种打印方式。然而，3D打印用的热塑性或者热固性高分子材料由于具有稳定的化学结构，在自然界中难以降解，伴随着3D打印的快速发展，这类材料的大量使用将会造成严重的环境污染。
[0003]为解决上述问题，目前多采用聚乳酸等生物可降解材料作为3D打印原料，但是聚乳酸类材料的机械性能和耐热性能较差，难以满足日益苛刻的使用环境，同时聚乳酸类材料还存在降解周期长且无法再次回收利用的问题，因此开发一种可完全降解回收的3D打印材料是十分必要的。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种用于制备3D打印制件的组合物体系，其包括：
[0005](A)硅氧烷水解液与碱溶液的混合分散液；
[0006](B)低表面能聚合物溶液；和
[0007](C)无机填料。
[0008]本专利技术还提供由上述组合物体系制备得到的3D打印制件。
[0009]优选地，所述3D打印制件能够完全降解、且可回收。
[0010]本专利技术还提供上述3D打印制件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0011]将(A)硅氧烷水解液与碱溶液的混合分散液，(B)低表面能聚合物溶液和(C)无机填料混合，制备得到组合物体系；所述组合物体系经3D打印、烘干和热处理，得到所述3D打印制件。
[0012]根据本专利技术的实施方案，所述制备方法包括如下步骤：
[0013]1)将硅氧烷水解液与碱溶液混合，制备得到所述(A)硅氧烷水解液与碱溶液的混合分散液；
[0014]优选地，所述硅氧烷水解液由硅氧烷单体在催化加热条件下制备得到；
[0015]2)将低表面能聚合物于溶剂a中溶解，得到(B)低表面能聚合物溶液；
[0016]3)将所述(A)硅氧烷水解液与碱溶液的混合分散液，(B)低表面能聚合物溶液和(C)无机填料混合，制备得到组合物体系；
[0017]4)对所述组合物体系进行3D打印，得到初始制件；
[0018]5)所述初始制件经烘干和热处理，得到所述3D打印制件。
[0019]本专利技术还提供由上述方法制备得到的3D打印制件。
[0020]本专利技术还提供上述3D打印制件的回收方法，所述回收方法包括如下步骤：将所述3D打印制件置于水或含水溶剂中一段时间，得到溶胶分散液。
[0021]其中，所述含水溶剂可以选自水和有机溶剂的混合溶剂。
[0022]本专利技术还提供上述3D打印制件的重复利用方法，所述重复利用方法包括如下步骤：将上述回收得到的溶胶分散液再次3D打印，而后进行烘干和热处理，得到再次成型的3D打印制件；
[0023]其中，所述3D打印、烘干和热处理与上述3D打印制件的制备方法中的操作相同。
[0024]本专利技术还提供由上述重复利用方法制备得到的再次成型的3D打印制件。
[0025]本专利技术还提供上述组合物体系在制备可完全降解和/或可回收的3D打印制件中的应用。
[0026]本专利技术的有益效果：
[0027]1.本专利技术提供的3D打印制件的制备方法简单，仅需在温和条件下共混溶液，对共混溶液进行3D打印、烘干和热处理(例如烧结步骤)便可以制得。
[0028]2.本专利技术提供的3D打印制件可于水或含水溶剂中完全降解成单体(优选在在加热条件下)，实现制件的完全降解回收，回收方法简便，回收效率高。
[0029]3.本专利技术回收的溶胶分散液可重复利用，进行多次3D打印成型，材料利用率高。
[0030]4.本专利技术提供的3D打印制件具备较高的力学性能，且完全降解回收后再次成型的3D打印制件的力学性能与初始制件持平。
[0031]5.本专利技术制备的3D打印可完全降解回收制件除可回收再利用功能外，还具备耐热、防污等特性，具有广泛的应用前景。
附图说明
[0032]图1为实施例1中制备可完全降解回收的3D打印制件的过程照片。
[0033]图2为实施例1中制备的可完全降解回收的3D打印制件回收溶解后的照片。
[0034]图3为实施例1中制备的可完全降解回收的3D打印制件的回收溶液的质谱图。
[0035]图4为实施例1中制备的可完全降解回收的3D打印制件及多次回收后的硬度。
[0036]图5为实施例1中制备的可完全降解回收的3D打印制件和一次回收制件的三点弯曲性能。
[0037]图6为实施例1中制备的可完全降解回收的3D打印制件的热性能。
[0038]图7为实施例1中制备的可完全降解回收的制件的防污性能。
具体实施方式
[0039][用于制备3D打印制件的组合物体系][0040]如上所述，本专利技术提出了一种用于制备3D打印制件的组合物体系，其包括：
[0041](A)硅氧烷水解液与碱溶液的混合分散液；
[0042](B)低表面能聚合物溶液；
[0043](C)无机填料。
[0044]根据本专利技术的实施方案，所述组合物体系中，(A)硅氧烷水解液与碱溶液的混合分
散液、(B)低表面能聚合物溶液和(C)无机填料的质量比为(100
‑
1500):1:(0.1
‑
100)，例如为(300
‑
1000):1:(5
‑
20)，示例性为500:1:5、500:1:10、500:1:20、500:1:50、1000:1:20、1000:1:10、800:1:10、600:1:10、900:1:10。
[0045][组合物体系中的组分(A)][0046]所述组合物体系中，所述(A)硅氧烷水解液与碱溶液的混合分散液中包含硅氧烷水解液和碱溶液。其中，所述硅氧烷水解液由硅烷偶联剂单体在催化加热条件下制备得到。
[0047]其中，所述硅氧烷水解液的制备原料包含硅氧烷单体、催化剂和溶剂c。其中，所述硅氧烷单体可以选自具有疏水端基的硅氧烷，例如甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、γ
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
巯基丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
巯基丙基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷和苯基三乙氧基硅烷等中的至少一种；优选为丙基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷和γ
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于制备3D打印制件的组合物体系，其特征在于，所述组合物体系包括：(A)硅氧烷水解液与碱溶液的混合分散液；(B)低表面能聚合物溶液；和(C)无机填料。2.根据权利要求1所述的组合物体系，其特征在于，所述(A)硅氧烷水解液与碱溶液的混合分散液、(B)低表面能聚合物溶液和(C)无机填料的质量比为(100
‑
1500):1:(0.1
‑
100)。3.根据权利要求1或2所述的组合物体系，其特征在于，所述(A)硅氧烷水解液与碱溶液的混合分散液中包含硅氧烷水解液和碱溶液。优选地，所述硅氧烷水解液由硅烷偶联剂单体在催化加热条件下制备得到。优选地，所述硅氧烷水解液的制备原料包含硅氧烷单体、催化剂和溶剂c。优选地，所述硅氧烷单体选自具有疏水端基的硅氧烷，例如甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、γ
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
巯基丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
巯基丙基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷和苯基三乙氧基硅烷等中的至少一种。优选地，所述碱溶液的制备原料包括有机碱和溶剂c。优选地，所述有机碱选自二甲胺、三甲胺、乙胺、三乙胺、苄胺、苯胺、对甲苯胺、对氯苯胺、对硝基苯胺、二苯胺、吡啶、三乙醇胺和尿素中的至少一种。优选地，所述(A)硅氧烷水解液与碱溶液的混合分散液中，硅氧烷单体、催化剂、有机碱和溶剂c的质量比为(5
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10000):1:(0.5
‑
100):(100
‑
10000)。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的组合物体系，其特征在于，所述低表面能聚合物溶液中，包含低表面能聚合物和溶剂a。优选地，所述低表面能聚合物选自氟碳树脂、有机硅树脂和氟硅树脂中的至少一种。优选地，所述无机...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯仪，朱光达，赵宁，徐坚，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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