一种高岭土基3D打印粉体及其制备的整体式活性多孔材料制造技术

本发明专利技术属于3D打印材料制造领域，涉及一种高岭土基3D打印粉体及其制备的整体式活性多孔材料，所述所述高岭土基3D打印粉体包括以下重量份的原料：高岭土生土粉状材料20～60份和高土粉状材料40～80份。该粉体材料可以用于制备用于3D打印的陶瓷墨水，进而用于3D打印，得到高岭土基的无机物3D打印成型体。所获得的成型体具有组分功能性强，孔结构丰富、化学反应活性高的优点。活性高的优点。活性高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高岭土基3D打印粉体及其制备的整体式活性多孔材料


[0001]本专利技术涉及3D打印材料制造领域，具体涉及一种适用于3D打印的高岭土基粉体及其在3D打印整体式多孔材料中的应用。

技术介绍

[0002]20世纪90年代，3D打印作为一种层层堆叠的“增材制造”技术进入人们的视野，并持续蓬勃发展。它利用计算机建模实现对特定目标结构的精确控制，相较于传统制造业对块体材料进行切割、钻孔等“减材制造”工艺，3D打印原料利用率更高，可灵活生产个性化产品，且可对传统工艺下无法实现的复杂精细结构进行加工制作。目前，已有多种3D打技术实现商业化，常见工艺类型包括热熔挤出、墨水直写、光固化、激光烧结等，通常每种工艺都有特定的适用材料。现有3D打印材料包括高分子聚合物、无机非金属、金属材料等，种类相对有限，且实际打印应用中材料的选择常常受限于工艺。随着各类工艺的不断丰富与进度，打印材料逐渐成为限制3D打印应用范围的重要因素。
[0003]高岭土是化学工业中常见的无机硅铝酸盐材料，作为多孔基质被广泛应用于催化剂、吸附剂等生产加工中，具有机械强度高、化学稳定性强、热稳定性强等优良性能。高岭土基质的传统加工方式包括喷雾成型、造粒、挤出等，加工精度有限。制备整体式高岭土多孔材料可进一步提升材料的规整性，扩展其应用范围。但高岭土不属于常规3D打印材料，现有技术中不直接用于3D打印。一些新型3D打印材料中含有少量高岭土成分，但打印成品主体成分仍为聚合物或其他成分。以无机氧化物为主体打印材料的光固化陶瓷3D打印等工艺制备的陶瓷通常需要经过高温煅烧使结构致密化(成瓷)，成瓷后整体式材料稳定性极高、反应活性低，不利于后续化学处理活化，其功能性受到一定限制。
[0004]CN202010507478.9(CN111732369A)提供了一种可快速成型的3D打印材料及其制备方法，由以下重量份的原料制备而成：纳米氧化铝20份～26份、丁腈橡胶4份～6份、炭黑0.05份～0.15份、低密度聚乙烯3.5份～4.5份、粘土4份～7份、高岭土3.2份～3.8份、石墨烯2.3份～3.6份、聚乙烯醇3.6份～4.6份、氯化钾2.2份～3.2份。该打印材料中粘土含量较低，不含有高土成分；此外，该材料适用于激光烧结打印工艺，不适于光固化陶瓷打印，打印成品中无机功能组分含量较低，利用率有限。
[0005]CN201910669056.9(CN110229006A)提供了一种LCD光固化3D打印陶瓷材料的方法，包括如下步骤：(1)陶瓷微粉、纳米陶瓷泥、水性纳米陶瓷树脂三者中的至少一种与环氧树脂聚合物、丙烯酸酯聚合物中至少一种，以1:1
‑
4:1的质量比，通过电磁搅拌器或者超声波技术进行混合形成光固化陶瓷流体；(2)通过LCD光固化3D打印技术得到陶瓷坯体；(3)经过烧结得到陶瓷成品。其打印粉料为陶瓷压制而成的陶瓷微粉，非高岭土原材料，其产品为惰性陶瓷体，而非整体式多孔活性材料，无法进一步化学修饰或改性。
[0006]CN201810051035.6(CN108455966A)公开了一种基于光固化的3D打印陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料由陶瓷墨水3D打印、光固化、烧结后制得；所述陶瓷墨水包括以下重量份的原料：陶瓷粉60
‑
80份，环氧改性β
‑
环糊精2
‑
4份、阳离子光引发剂0.1
‑
0.5份、十二
烷基三甲基氯化铵0.5
‑
2份，25
‑
35wt％的双氧水3
‑
7份，无水乙醇10
‑
20份，丙三醇2
‑
6份和去离子水2
‑
8份，该陶瓷墨水适于喷墨3D打印。其陶瓷粉配方成分中含有高岭土成分，但高岭土含量较低(约10～15％)。该述浆料适用于喷墨陶瓷打印工艺，对打印成品的处理为常规烧结，能耗较高，且不容易得到需要的活性材料，难以进行化学修饰或改性。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种用于3D打印的高岭土基粉体材料。
[0008]本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种用于3D打印的陶瓷墨水。
[0009]本专利技术要解决的第三个技术问题是提供一种3D打印方法，该方法可以通过3D打印制备活性整体式材料。
[0010]本专利技术要解决的第四个技术问题是提供一种3D打印制备的高岭土基整体式多孔活性材料。
[0011]本专利技术第一个方面，提供一种用于3D打印的高岭土基粉体材料，其包括高岭土生土粉状材料20～60重量份和高土粉状材料40～80重量份。
[0012]其中所述的高岭土生土粉状材料的平均粒径优选为0.1～5微米，比表面积为5～50m2/g例如5～30m2/g。所述的高岭土生土粉状材料可由高岭土研磨为细粉得到。
[0013]所述高土粉状材料可以是将高岭土生土粉状材料在高温下焙烧得到。其中，所述焙烧的温度为980～1300℃，焙烧时间优选为1～5小时。可以采用程序升温的方式，将生土从室温升温到终烧温度。程序升温速率例如为1～30℃/min。焙烧气氛没有特殊要求，例如可以在真空下焙烧，也可以在包括空气、氮气、氩气中的一种或多种的气氛下焙烧。所述的高土为长程无序非晶态结构，在XRD谱图2θ角为37
°
、46
°
和67
°
位置具有衍射峰。
[0014]所述的生土粉状材料和高土粉状材料混合，研磨得到所述的高岭土基粉体材料，该用于3D打印的高岭土基粉体材料平均粒径优选为0.1～5微米。
[0015]本专利技术中，粉状材料的粒度可以通过激光粒度仪测试。所述平均粒径是指激光法所测得到的等效体积直径。
[0016]一种实施方式，所述用于3D打印的高岭土基粉体材料，其制备方法包括如下步骤：
[0017]①
将高岭土生土颗粒充分研磨为细粉并干燥，得到生土细粉(也称高岭土生土粉状材料)；所述生土细粉的平均粒径优选为不超过5微米，例如为0.1～5微米，通常，所述生土细粉的比表面积小于50m2/g例如为5～50m2/g。
[0018]②
步骤
①
中得到的生土细粉经高温焙烧制得高土细粉(也称高土粉状材料)；所述高温焙烧的焙烧温度为980～1300℃，焙烧时间为1h以上例如1～5小时。优选的，所述高温焙烧采用程序升温的方式进行，升温速率1～30℃/min，终烧温度980～1300℃，终烧温度下的焙烧时间1～5小时。所述焙烧气氛可以为真空、也可以是含有空气、氮气或氩气中的一种或多种的气氛；程序升温的起始温度通常为室温；
[0019]③
混合步骤
①
中得到的生土细粉和步骤
②
中得到的高土细粉，其中所述生土细粉与所述高土细粉的重量比例为20～60：40～80，研磨；得到适用于3D打印的高岭土基粉体材料。优选的，所述研磨使得到的用于3D打印的高岭土基粉体材料的平均粒径为0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的高岭土基粉体材料，其特征在于：所述粉体包括以下重量份的原料：高岭土生土粉状材料20～60份和高土粉状材料40～80份。2.根据权利要求1所述的用于3D打印的高岭土基粉体材料，其特征在于，所述用于3D打印的高岭土基粉体材料的平均粒径在0.1μm～5μm。3.根据权利要求1所述的用于3D打印的高岭土基粉体材料，其特征在于，所述高岭土生土粉状材料平均粒径在0.1～5微米，比表面积为5～50m2/g。4.根据权利要求1所述的用于3D打印的高岭土基粉体材料，其特征在于，所述的高土粉状材料，由高岭土生土粉状材料高温焙烧获得。5.根据权利要求4所述的用于3D打印的高岭土基粉体材料，其特征在于：所述高温焙烧，其过程包括：以程序升温速率1～30℃/min升温至终烧温度，终烧温度980～1300℃，在终烧温度下的焙烧时间为1～5小时。6.根据权利要求1所述的用于3D打印的高岭土基粉体材料，其特征在于，所述的用于3D打印的高岭土基粉体材料其由高岭土生土粉状材料和高土粉状材料以500转/分钟～800转/分钟的速率研磨分散至少1小时例如1～2小时得到。7.用于3D打印的陶瓷墨水，包括以下重量份的原料：高岭土基粉体材料65～85份和光固化树脂混合液15～35份，其中，所述的高岭土基粉体材料为权利要求1～6任一项所述的用于3D打印的高岭土基粉体材料。8.根据权利要求1所述的用于3D打印的陶瓷墨水，其特征在于，所述光固化树脂混合液包括3～6重量％光引发剂、70～90重量％光固化预聚物、10～20重量％分散剂，所述的引发剂例如2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基
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二苯基氧化膦、2,4,6
‑
三甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟，王若瑜，王鹏，韩蕾，王丽霞，刘博，周翔，宋海涛，赵留周，郭瑶庆，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：