一种用于3D打印的阻燃可降解复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种用于3D打印的阻燃可降解复合材料及其制备方法，复合材料包括如下重量份的组分：PLA 80

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的阻燃可降解复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子材料
，尤其涉及一种用于3D打印的阻燃可降解复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚乳酸(PLA)，是以乳酸为主要原料聚合得到的聚酯类聚合物，是一种新型的生物降解材料。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，还有生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好等优点，但是在一些特定的3D打印材料的应用领域中，对材料的力学性能、阻燃性能要求较高，普通PLA材料已经不能满足这种要求，这限制了PLA在此类领域中的应用。
[0003]现有公开的PLA蓖麻纤维复合材料中，有采用常规的蓖麻纤维搭配表面活性剂、偶联剂、增塑剂、增韧剂、阻燃剂、热稳定剂和PLA颗粒等混合配比制得阻燃复合材料。采用常规蓖麻纤维增强PLA，最终制得的增强阻燃复合材料力学性能仍不能满足一些特殊需求。因此，有必要寻找新的PLA复合材料，以使其不仅具备可降解特性，还具有优异的力学性能和阻燃性能，这种材料至今尚未见于报道，这对于扩展PLA材料的应用具有非常重要的现实意义。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种用于3D打印的阻燃可降解复合材料及其制备方法，以解决现有技术的PLA力学性能和阻燃性能有限的问题。
[0005]基于上述目的，本专利技术提供了一种用于3D打印的阻燃可降解复合材料，包括如下重量份的组分：
[0006]PLA 80
‑
100份、阻燃母粒18
‑
22份、改性蓖麻纤维8
‑
12份和抗氧剂0.1
‑
0.5份；其中，所述改性蓖麻纤维是蓖麻纤维接枝乙二醇二缩水甘油醚。
[0007]优选的，所述阻燃母粒是金属有机骨架、草酸镁、三聚氰胺聚磷酸盐、PLA、SEBS
‑
g
‑
MAH和抗氧剂以质量比(20
‑
30)：(18
‑
24)：(30
‑
40)：(60
‑
70)：(0.2
‑
0.4)：(0.1
‑
0.3)混合挤出造粒得到。优选的，所述抗氧剂为Irganox1010。
[0008]优选的，所述金属有机骨架的制备方法包括如下步骤：
[0009]S1、将硝酸铜、对苯二甲酸、无水乙醇、去离子水和N，N
‑
二甲基甲酰胺以质量比(30
‑
40)：(20
‑
26)：(70
‑
80)：(80
‑
100)：(14
‑
18)混合，并在160
‑
180℃反应14
‑
20h，冷却至室温得溶液A；
[0010]S2、将溶液A经抽滤、洗涤、干燥后，制得金属有机骨架(Cu
‑
MOF)。
[0011]所述S2中干燥的温度为70
‑
90℃，时间为6
‑
8h。
[0012]优选的，所述草酸镁的制备方法包括如下步骤：
[0013]A1、将乙酸镁、草酸、无水乙醇和去离子水以质量比(30
‑
40)：(30
‑
36)：(40
‑
60)：(80
‑
100)置于反应器皿中，并在70
‑
90℃水浴中反应20
‑
26h，得到溶液B；
[0014]A2、将溶液B经抽滤、洗涤、干燥后，得草酸镁。
[0015]草酸镁的制备方程式如下：
[0016]H2C2O4+Mg(CH3COO)2→
MgC2O4↓
+2CH3COOH
[0017]优选的，所述蓖麻纤维接枝乙二醇二缩水甘油醚的制备方法包括如下步骤：
[0018]B1、将蓖麻纤维、乙二醇二缩水甘油醚、乙醚和催化剂以质量比(30
‑
40)：(20
‑
26)：(80
‑
100)：(0.2
‑
0.4)置于反应器皿中，在UV灯下照射下反应20
‑
26h，得到溶液C；
[0019]B2、将溶液C经抽滤、洗涤、干燥后，得蓖麻纤维接枝乙二醇二缩水甘油醚。
[0020]优选的，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
[0021]所述抗氧剂为巴斯夫公司的Irganox168、Irganox1010和Irganox1330中的一种或几种的混合。其中，三(2,4
‑
二叔丁基)亚磷酸苯酯简称Irganox168，四[β
‑
(3，5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯简称Irganox1010和1，3，5
‑
三甲基
‑
2，4，6
‑
(3，5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯甲基)苯简称Irganox1330。
[0022]所述用于3D打印的阻燃可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0023]步骤一、称取80
‑
100份的PLA、18
‑
22份阻燃母粒、8
‑
12份改性蓖麻纤维和0.1
‑
0.5份抗氧剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
[0024]步骤二、将步骤一中得到的混合料进行挤出造粒，之后经60
‑
80℃真空干燥10
‑
12h，然后铝箔袋封装，即得到阻燃可降解复合材料。
[0025]将步骤一中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的多个温度区，多个温度区的温度范围为180
‑
230℃，机头温度为210
‑
230℃，螺杆转速200
‑
280r/m。
[0026]优选的，所述温度区为六个，一区温度180～200℃，二区温度210～230℃，三区温度210～230℃，四区温度210～230℃，五区温度210～230℃，六区温度210～230℃，机头温度210～230℃,螺杆转速200～280r/min。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028](1)本专利技术首先用溶剂热法以硝酸铜为金属源，对苯二甲酸为配体，N,N
‑
二甲基甲酰胺、乙醇、蒸馏水为溶剂，合成了一种Cu
‑
MOF材料。
[0029](2)本专利技术制得了一种新型的Cu
‑
MOF/草酸镁/三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)类型的阻燃母粒，它能很好地改善PLA的阻燃性能。
[0030](3)在蓖麻纤维表面接枝了乙二醇二缩水甘油醚，引进了环氧基团，很好地改善了PLA和蓖麻纤维的界面相容性，优化了PLA复合材料的力学性能。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的阻燃可降解复合材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：PLA 80
‑
100份、阻燃母粒18
‑
22份、改性蓖麻纤维8
‑
12份和抗氧剂0.1
‑
0.5份；其中，所述改性蓖麻纤维是蓖麻纤维接枝乙二醇二缩水甘油醚。2.根据权利要求1所述用于3D打印的阻燃可降解复合材料，其特征在于，所述阻燃母粒是金属有机骨架、草酸镁、三聚氰胺聚磷酸盐、PLA、SEBS
‑
g
‑
MAH和抗氧剂以质量比(20
‑
30)：(18
‑
24)：(30
‑
40)：(60
‑
70)：(0.2
‑
0.4)：(0.1
‑
0.3)混合挤出造粒得到。3.根据权利要求2所述用于3D打印的阻燃可降解复合材料，其特征在于，所述金属有机骨架的制备方法包括如下步骤：S1、将硝酸铜、对苯二甲酸、无水乙醇、去离子水和N，N
‑
二甲基甲酰胺以质量比(30
‑
40)：(20
‑
26)：(70
‑
80)：(80
‑
100)：(14
‑
18)混合，并在160
‑
180℃反应14
‑
20h，冷却至室温得溶液A；S2、将溶液A经抽滤、洗涤、干燥后，制得金属有机骨架。4.根据权利要求3所述用于3D打印的阻燃可降解复合材料，其特征在于，所述S2中干燥的温度为70
‑
90℃，时间为6
‑
8h。5.根据权利要求2所述用于3D打印的阻燃可降解复合材料，其特征在于，所述草酸镁的制备方法包括如下步骤：A1、将乙酸镁、草酸、无水乙醇和去离子水以质量比(30
‑
40)：(30
‑
36)：(40
‑
60)：(80
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李本科，黄夫俭，
申请(专利权)人：苏州卓聚新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：