一种3D打印建筑用油墨材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印建筑用油墨材料及其制备方法，涉及建筑材料技术领域。本发明专利技术在制备3D打印建筑用油墨材料时，先将竹原纤维进行碳化、酸化后得到酸化竹炭纤维；将丙三醇三缩水甘油醚、乙二胺反应后和酸化竹炭纤维反应，再依次和二缩水甘油醚、乙二胺反应制得改性竹炭纤维；将聚乙二醇和十六烷基三甲氧基硅烷反应制得改性聚乙二醇；将水泥、改性竹炭纤维、改性聚乙二醇、活性氧化铝微粉、活性二氧化硅微粉、木质素磺酸盐、羧甲基纤维素、骨料和纯水混合搅拌制得3D打印建筑用油墨材料。本发明专利技术制备的3D打印建筑用油墨材料具有良好的抗压性能和早强性能。性能和早强性能。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印建筑用油墨材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及建筑材料
，具体为一种3D打印建筑用油墨材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着3D打印技术的完善，越来越多的物品都可以由3D打印完成。是利用光固化和纸层叠等方式实现快速成型的技术。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有粉末状金属或塑料等可粘合材料，与电脑连接后，通过一层又一层的多层打印方式，最终把计算机上的蓝图变成实物。
[0003]3D打印建筑技术本质上属于一种增材制造工艺，设计师将数字化设计模型输入建筑打印机中，转化为打印指令，机器就会按照设计要求，将特殊材料一层层叠加成特定形状的建筑部件。3D打印建筑在效率提升和可持续发展方面具有明显优势。3D打印建筑用油墨为水泥、砂石及一些添加剂和水混合而成的浆料，由于3D打印通过一层又一层的多层打印方式，易导致层层之间因为水化程度，含水量的差异而使总体的强度下降，因此需要研发适用于3D打印并有良好力学性能的3D打印建筑用油墨材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种3D打印建筑用油墨材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种3D打印建筑用油墨材料的制备方法，主要包括以下制备步骤：
[0007](1)将竹原纤维进行碳化、酸化后得到酸化竹炭纤维；
[0008](2)将丙三醇三缩水甘油醚、乙二胺反应后和酸化竹炭纤维反应，再依次和二缩水甘油醚、乙二胺反应制得改性竹炭纤维；
[0009](3)将聚乙二醇和十六烷基三甲氧基硅烷反应制得改性聚乙二醇；
[0010](4)将水泥、改性竹炭纤维、改性聚乙二醇、活性氧化铝微粉、活性二氧化硅微粉、木质素磺酸盐、羧甲基纤维素、骨料和纯水混合搅拌制得3D打印建筑用油墨材料。
[0011]作为优化，所述3D打印建筑用油墨材料的制备方法包括以下制备步骤：
[0012](1)将纤维直径80～120μm，纤维长度60～100mm的竹原纤维浸没在质量分数为3～5％的次氯酸钠溶液中静置10～12h，过滤并用纯水洗涤3～5次，再置于质量分数30～40％的尿素溶液中浸泡2～3h，过滤后置于真空管式炉中进行高温碳化，冷却至室温取出，在60～70℃干燥3～4h，制得竹炭纤维；将竹炭纤维浸没在质量分数60～70％的硝酸溶液中，在70～80℃，800～1000r/min搅拌反应2～3h，取出并置于纯水中浸泡8～10min，过滤并用无水乙醇洗涤3～5次，在60～70℃干燥3～4h，得到酸化竹炭纤维；
[0013](2)将前驱体、酸化竹炭纤维、质量分数30～40％的氨水和N,N
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二甲基甲酰胺按质量比1：3：4：10～1：4：6：15混合均匀，在30～40℃，600～800r/min搅拌反应2～3h，再加入前
驱体质量1～2倍的二缩水甘油醚继续搅拌反应2～3h，过滤并纯水洗涤3～5次，在60～70℃干燥3～4h，再和乙二胺、质量分数30～40％的氨水和N,N
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二甲基甲酰胺按质量比4：1：5：12～5：1：7：18混合均匀，在30～40℃，600～800r/min搅拌反应2～3h，过滤并纯水洗涤3～5次，在60～70℃干燥3～4h，制得改性竹炭纤维；
[0014](3)将聚乙二醇、十六烷基三甲氧基硅烷、对甲苯磺酸按质量比2：1：0.01～3：1：0.03混合均匀，依次在80～90℃，500～800r/min搅拌反应20～30min，在150～160℃继续搅拌反应6～8h，在50～60℃，1～2kPa静置4～6h，制得改性聚乙二醇；
[0015](4)将水泥、改性竹炭纤维、改性聚乙二醇、活性氧化铝微粉、活性二氧化硅微粉、木质素磺酸盐、羧甲基纤维素、骨料和纯水按质量比40：8：0.8：2：3：0.7：0.1：50：12～60：10：1.2：3：5：0.9：0.3：80：16混合均匀，在常温常压下，以200～300r/min搅拌2～3min，制得3D打印建筑用油墨材料。
[0016]作为优化，步骤(1)所述竹原纤维的纤维直径为80～120μm，纤维长度为60～100mm。
[0017]作为优化，步骤(1)所述高温碳化的方法为：在氮气氛围中，依次在100～120℃静置20～30min，在300～400℃静置40～50min，在1000～1200℃静置20～30min。
[0018]作为优化，步骤(2)所述前驱体的制备方法为：将丙三醇三缩水甘油醚、乙二胺和氨水按质量比1：1：3～1：1.2：5混合均匀，在30～40℃，600～800r/min搅拌反应2～3h，在30～40℃，1～2kPa干燥6～8h，制备而成。
[0019]作为优化，步骤(3)所述聚乙二醇常温下为液态。
[0020]作为优化，步骤(4)所述水泥为普通硅酸盐水泥PO42.5。
[0021]作为优化，步骤(4)所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁中的一种或多种混合。
[0022]作为优化，步骤(4)所述骨料是将粒径0.1～0.2mm的石英砂、粒径0.2～0.5mm的石英砂、粒径0.5～1mm的石英砂、粒径1～3mm的石英砂、粒径3～9mm的石英砂按质量比3：6：10：5：1～5：10：20：8：1混合均匀配制而成。
[0023]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
[0024]本专利技术在制备3D打印建筑用油墨材料时，将水泥、改性竹炭纤维、改性聚乙二醇、活性氧化铝微粉、活性二氧化硅微粉、木质素磺酸盐、羧甲基纤维素、骨料和纯水混合搅拌制得3D打印建筑用油墨材料。
[0025]首先，将竹原纤维进行碳化、酸化后得到酸化竹炭纤维；将丙三醇三缩水甘油醚、乙二胺反应后和酸化竹炭纤维反应，再依次和二缩水甘油醚、乙二胺反应制得改性竹炭纤维，使制得的改性竹炭纤维具有较多的胺基、亚胺基数量，氮原子能够很容易的和金属离子形成共价键，发生络合反应，从而使得水泥中的硅酸三钙和铁铝酸四钙的溶出率提高，硅酸盐水泥的密实度也得到提高，由于络合物的形成使得水泥加水搅拌产生的氢氧化钙的过饱和度提高，从而有效的阻止水泥早期水化所生成疏松的晶相结构，这也使得硅酸盐水泥密实度提高，从而提高了早期强度，同时改性竹炭纤维大量的羟基和氨基具有良好的吸水性，在3D打印过程中，避免3D打印层与层之间因为时间差异而导致界面间含水量差异较大造成的强度下降，同时改性竹炭纤维也起到了补强的作用，从而提高了抗压强度。
[0026]其次，将聚乙二醇和十六烷基三甲氧基硅烷反应制得改性聚乙二醇，改性聚乙二
醇一端亲水一端疏水，可以降低表面张力，使纯水对总体成分的润湿能力增强，水泥颗粒的水化活性点增多，降低气泡的产生，使水泥固化结合的更加紧密，从而提高了抗压强度。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印建筑用油墨材料的制备方法，其特征在于，主要包括以下制备步骤：(1)将竹原纤维进行碳化、酸化后得到酸化竹炭纤维；(2)将丙三醇三缩水甘油醚、乙二胺反应后和酸化竹炭纤维反应，再依次和二缩水甘油醚、乙二胺反应制得改性竹炭纤维；(3)将聚乙二醇和十六烷基三甲氧基硅烷反应制得改性聚乙二醇；(4)将水泥、改性竹炭纤维、改性聚乙二醇、活性氧化铝微粉、活性二氧化硅微粉、木质素磺酸盐、羧甲基纤维素、骨料和纯水混合搅拌制得3D打印建筑用油墨材料。2.根据权利要求1所述的一种3D打印建筑用油墨材料的制备方法，其特征在于，所述3D打印建筑用油墨材料的制备方法主要包括以下制备步骤：(1)将纤维直径80～120μm，纤维长度60～100mm的竹原纤维浸没在质量分数为3～5％的次氯酸钠溶液中静置10～12h，过滤并用纯水洗涤3～5次，再置于质量分数30～40％的尿素溶液中浸泡2～3h，过滤后置于真空管式炉中进行高温碳化，冷却至室温取出，在60～70℃干燥3～4h，制得竹炭纤维；将竹炭纤维浸没在质量分数60～70％的硝酸溶液中，在70～80℃，800～1000r/min搅拌反应2～3h，取出并置于纯水中浸泡8～10min，过滤并用无水乙醇洗涤3～5次，在60～70℃干燥3～4h，得到酸化竹炭纤维；(2)将前驱体、酸化竹炭纤维、质量分数30～40％的氨水和N,N
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二甲基甲酰胺按质量比1：3：4：10～1：4：6：15混合均匀，在30～40℃，600～800r/min搅拌反应2～3h，再加入前驱体质量1～2倍的二缩水甘油醚继续搅拌反应2～3h，过滤并纯水洗涤3～5次，在60～70℃干燥3～4h，再和乙二胺、质量分数30～40％的氨水和N,N
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二甲基甲酰胺按质量比4：1：5：12～5：1：7：18混合均匀，在30～40℃，600～800r/min搅拌反应2～3h，过滤并纯水洗涤3～5次，在60～70℃干燥3～4h，制得改性竹炭纤维；(3)将聚乙二醇、十六烷基三甲氧基硅烷、对甲苯磺酸按质量比2：1：0.01～3：1：0.03混合均匀，依次在80～90℃，500～800r/min搅拌反应20～30...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪立，
申请(专利权)人：江苏致舫格智能机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：