CN104312119A - 一种秸秆3d打印耗材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种秸秆3D打印耗材及其制备方法，配方包括以下质量比的原料：聚乳酸40％～69％、秸秆粉末30％～59％、相容剂0％～5％和其他助剂0.2％～3％。本发明的3D打印耗材能充分利用农作物的副产物秸秆进行表面改性，与可降解材料聚乳酸进行熔融共混。跟现有技术相比，本发明提供的3D打印材料性能稳定，在3D打印时可替代一般3D塑料耗材使用，无毒、低碳环保，综合性能优越，具有很高的经纪价值和广阔的市场前景。

Description

一种秸秆3D打印耗材及其制备方法

技术领域

本发明属于塑料粒子的生产领域，具体涉及一种秸秆3D打印耗材及其制备方法。

背景技术

现有的3D打印耗材大多都是以石油提炼高分子聚合物为主，例如：ABS、PP、PE、nylon、HIPS、PC属于不可降解材料，废弃的3D打印材料或制品将给生态环境造成巨大的负担，开发一种能充分利用废弃农作物的可降解3D打印材料，既可以充分利用农作物的副产品秸秆，又能作为可降解材料，使打印后的材料不会因为丢弃而给生态环境造成白色污染。

专利CN102153801 A公布了一种秸秆塑料及其生产方法，公开日期：2011年8月17日，公开了将秸秆材料和聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物中的任意至少一种进行共混挤出造粒，其材料可以作为吹塑、拉片、注塑，由于其采用的原料秸秆粉末较大不能适合3D打印挤出头的要求。

专利CN103013150 A公布了一种用于生产土木产品的秸秆塑料及其生产方法，公开日期：2013年4月3日，公开了将秸秆与其他塑料进行共混改性后造粒，其制品主要用在生产盲沟、排水等土木产品。但因其制品不能长时间使用并不能适合3D打印的要求，制品在180天后失去使用性能并逐渐崩解。其粒子加入了滑石粉、硅藻土制品的韧性、强度较差，不能满足3D打印耗材制备收卷。

综上所述，要使秸秆材料具备有3D打印耗材功能，必须采用直径更细的木粉、韧性较好高分子材料，才能满足3D打印的基本制备、使用要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种秸秆3D打印耗材的配方及其制备方法，将秸秆材料作为主要成分生产3D打印耗材，降低了打印耗材的价格还充分利用了秸秆的回收困难等问题。

本发明提供的一种秸秆3D打印耗材，其配方包括以下质量比的原料：

所述秸秆粉末为水稻秸秆粉末、小麦秸秆粉末、麸皮粉末、玉米芯粉末或玉米秸秆粉末中的一种或多种。

所述的相容剂为硅烷偶联剂、铝酸酯/钛酸酯复合偶联剂、有机络合物、马来酸酐接枝聚合物中的一种。

所述的其他助剂为润滑剂、分散剂、热氧稳定剂一种或多种混合。

所述的热氧稳定剂为受阻酚类、亚磷酸脂类、钙锌稳定剂至少一种。

所述润滑剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙、芥酸酰胺中的两种或两种以上混合物。

所述分散剂为有机硅酮、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸任意一种。

本发明提供的一种秸秆3D打印耗材的制备方法，包括以下步骤：

1)、将选用的水稻秸秆粉末，80目筛子过筛后，在80-90℃下干燥2-3小时，控制水分含量在0.02％以下；

2)、将干燥后的秸秆粉末倒入高速混合机中，高速混合机设置为55-60℃,加入相容剂高速混合，低速混合8-15分钟；

3)然后投入聚乳酸低速混合8-15分钟分钟后，投入其他助剂继续混合8-15分钟分钟；

4)、将秸秆预混物投入到长径比40:1双螺杆改性机械里面进行材料改性，造粒；

5)、将造好的料粒投入到长径比20：1的单螺杆耗材挤出机械中，进行耗材生产。

本发明的3D打印耗材能充分利用农作物的副产物秸秆进行表面改性，与可降解材料聚乳酸进行熔融共混，改变了现有3D打印耗材不可降解对环境影响大的局面。本发明的3D打印耗材充分利用了秸秆，属于生物基低碳复合材料，弥补了聚乳酸价格高昂的缺点，降低了3D打印耗材的材料成本，同时对秸秆进行回收利用，帮助广大农民创收，本发明的3D打印材料性能稳定，在3D打印时可替代一般3D塑料耗材使用，无毒、低碳环保，综合性能优越，具有很高的经纪价值和广阔的市场前景。

聚乳酸作为复合材料的主要基材为产品成型提供了保障，同时赋予了材料基础的物理性能。秸秆作为填充材料，降低了材料的成本，提高了秸秆的回收再利用。相容剂提高聚乳酸与秸秆材料的复合能力、表面相容性。润滑剂改善塑料熔体的内摩擦热和熔体流动性。分散剂提高秸秆粉末在熔体中的分散能力，防止出现团聚导致性能恶化。热稳定剂提高聚乳酸的稳定性，防止在加工过程中热降解。

附图说明

图1为秸秆3D打印耗材制备方法的流程示意图。

具体实施方式

实施例1

一种秸秆3D打印耗材，其配方以重量计，各组分含量分别为：

聚乳酸55％，水稻秸秆粉末41.4％，硅烷偶联剂(KH550)2％，乙撑双硬脂酸酰胺1％，双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯0.5％，氧化聚乙烯蜡0.1％。

一种秸秆3D打印耗材的制备方法，包括以下步骤：

1)、将选用的水稻秸秆粉末，80目筛子过筛后，在85℃下干燥2.5小时，控制水分含量在0.02％以下；

2)、将干燥后的秸秆粉末倒入高速混合机中，高速混合机设置为60℃，加入硅烷偶联剂高速混合，低速低速730RPM混合10分钟，以提高表面改性剂的分散能力；

3)、然后投入聚乳酸低速混合10分钟后，投入其他助剂继续混合10分钟；

4)、将秸秆预混物投入到长径比40:1双螺杆改性机械里面进行材料改性，造粒；

5)、将造好的料粒投入到长径比20：1的耗材挤出机械中，进行耗材生产。

实施例2

一种秸秆3D打印耗材，其配方以重量计，各组分含量分别为：

聚乳酸58％，水稻秸秆粉末38.4％，铝酸酯/钛酸酯复合偶联剂2％，乙撑双硬脂酸酰胺1％，双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯0.5％，硬脂酸0.1％。

一种秸秆3D打印耗材的制备方法，包括以下步骤：

1)、将选用的水稻秸秆粉末，80目筛子过筛后，在80℃下干燥3小时，控制水分含量在0.02％以下；

2)、将干燥后的秸秆粉末倒入高速混合机中，高速混合机设置为57℃，按配方加入铝酸酯/钛酸酯复合偶联剂高速混合，低速混合10分钟，以提高表面改性剂的分散能力；

3)、然后投入聚乳酸低速混合10分钟后，投入其他助剂继续混合10分钟；

4)、将秸秆预混物投入到长径比40:1双螺杆改性机械里面进行材料改性，造粒；

5)、将造好的料粒投入到长径比20：1的耗材挤出机械中，进行耗材生产。

实施例3

一种秸秆3D打印耗材，其配方以重量计，各组分含量分别为：

聚乳酸60％，小麦秸秆粉末36.4％，铝酸酯/钛酸酯复合偶联剂2％，乙撑双硬脂酸酰胺1％，双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯0.5％，硬脂酸0.1％。

一种秸秆3D打印耗材的制备方法，包括以下步骤：

1)、将选用的水稻秸秆粉末，80目筛子过筛后，在90℃下干燥2小时，控制水分含量在0.02％以下；

2)、将干燥后的秸秆粉末倒入高速混合机中，高速混合机设置为58℃，按配方加入铝酸酯/钛酸酯复合偶联剂高速混合，低速混合15分钟，以提高表面改性剂的分散能力；

3)、然后投入聚乳酸低速混合10分钟后，投入其他助剂继续混合10分钟；

4)、将秸秆预混物投入到长径比40:1双螺杆改性机械里面进行材料改性，造粒；

5)、将造好的料粒投入到长径比20：1的耗材挤出机械中，进行耗材生产。

实施例1-3制备的秸秆3D打印耗材的主要性能如表1所示。

表1

应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种秸秆3D打印耗材，其特征在于，其配方包括以下质量比的原料：

2.根据权利要求1所述的秸秆3D打印耗材，其特征在于，所述秸秆粉末为水稻秸秆粉末、小麦秸秆粉末、麸皮粉末、玉米芯粉末或玉米秸秆粉末中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的秸秆3D打印耗材，其特征在于，所述的相容剂为硅烷偶联剂、铝酸酯/钛酸酯复合偶联剂、有机络合物、马来酸酐接枝聚合物中的一种。

4.根据权利要求1所述的秸秆3D打印耗材，其特征在于，所述的其他助剂为润滑剂、分散剂、热氧稳定剂一种或多种混合。

5.根据权利要求4所述的配方，其特征在于，所述的热氧稳定剂为受阻酚类、亚磷酸脂类、钙锌稳定剂至少一种。

6.根据权利要求4所述的秸秆3D打印耗材，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙、芥酸酰胺中的两种或两种以上混合物。

7.根据权利要求4所述的秸秆3D打印耗材，其特征在于，所述分散剂为有机硅酮、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸任意一种。

8.一种权利要求1所述的秸秆3D打印耗材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、将选用的水稻秸秆粉末，80目筛子过筛后，在80-90℃下干燥2-3小时，控制水分含量在0.02％以下；

2)、将干燥后的秸秆粉末倒入高速混合机中，高速混合机设置为60,加入相容剂高速混合，低速混合5-15分钟；

3)、然后投入聚乳酸低速混合5-15分钟分钟后，投入其他助剂继续混合5-15分钟分钟；

4)、将秸秆预混物投入到长径比40:1双螺杆改性机械里面进行材料改性，造粒；

5)、将造好的料粒投入到长径比20：1的单螺杆耗材挤出机械中，进行耗材生产。