CN104629152B - 回收利用废弃高密度聚乙烯塑料制备3d打印材料的方法 - Google Patents

回收利用废弃高密度聚乙烯塑料制备3d打印材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种回收利用废弃高密度聚乙烯塑料制备3D打印材料的方法，该方法所用原料为废弃高密度聚乙烯塑料，它由以下重量份配比的原料制成：高密度聚乙烯100份，麻纤维10‑40份，木素磺酸钙10‑30份，硅酸钙10‑30份，偶联剂0.8‑1.4份，相容剂10份，增塑剂20‑30份。该方法包括以下步骤：1、废弃塑料破碎清洗；2、大麻纤维预处理；3、添加助剂并进行低温粉碎；4、挤压造粒。本发明方法通过将废弃的高密度聚乙烯塑料重新利用，添加助剂对其进行改性，强化其韧性、拉伸强度和冲击强度，使其成为符合3D打印要求的材料，大大降低了3D打印材料的成本。

Description

回收利用废弃高密度聚乙烯塑料制备3D打印材料的方法
技术领域
本发明涉及3D打印材料的制备方法，特别是一种回收利用废弃高密度聚乙烯塑料制备3D打印材料的方法。
背景技术
3D打印又被称作“快速成型技术”，它通过一层一层铺叠打印材料方式来实现三维物体的制造。3D打印技术源自于100多年前的照相雕塑和地貌成型技术，上世纪80年代形成雏形，随着近30年的发展，3D打印技术突飞猛进。目前主流3D打印技术主要有熔融沉积快速成型，光固化成型、粉末粘结成型等几种。随着3D打印技术的不断进步和成熟，它在航空航天、生物医药、建筑等领域的应用逐步拓宽，其方便快捷、能够提高材料利用率等优势不断显现，与传统制造的结合也更加紧密，不断推动传统制造业的转型升级。
现阶段制约3D打印技术发展的因素主要有两个：打印材料和设备。3D打印技术本身并不复杂，但可用的耗材是个难点。普通打印机的耗材是墨水和纸张，但3D打印机的耗材主要是胶水和高分子材料，而且必须经过特殊处理，对材料的固化反应速度等也要求很高，不同的3D打印技术也对成型材料有不同的要求。现代的3D打印技术多使用ABS树脂、人造橡胶、塑料、沙子、铸蜡和聚酯热塑性塑料等，这些材料多为粉末或者粘稠的液体，从价格上看，便宜的几百块1kg，最贵的1kg甚至达到4万元左右，所以当前3D打印材料的成本是制约3D打印技术进一步发展的一大因素。
高密度聚乙烯塑料(HDPE)是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。高密度聚乙烯为无毒、无味、无臭的白色颗粒，熔点约为130℃，相对密度为0.941～0.960。它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。HDPE塑料制品的生产工艺有中空吹塑、注塑和挤出等；其产品形式包括了各种容器、网、打包带、电缆覆层、管材、异型材、片材等。
CN103980593A涉及一种改性高密度聚乙烯3D打印成型材料及其制备方法，该方法使用经过硝酸活化的碳纳米管，并添加滑石、碳酸钙将高密度聚乙烯改性，增强高密度聚乙烯的拉伸强度和冲击韧性，扩大其应用领域，使高密度聚乙烯材料更加符合3D打印材料的特点。该方法使用高速混合机将各种添加剂和高密度聚乙烯进行混合，再进行挤压造粒。其缺点在各添加剂与高密度聚乙烯并未充分混合和接触，添加剂的改性作用发挥不够充分，同时但纳米管的价格比较贵，导致总成本较高。
发明内容
本发明提供了一种回收利用废弃高密度聚乙烯塑料制备3D打印材料的方法，该方法通过对回收废弃的高密度聚乙烯塑料进行粉碎、改性处理后得到符合3D打印的材料，并且降低3D打印材料的成本。
本发明回收利用废弃高密度聚乙烯塑料制备3D打印材料的方法，包括如下操作步骤：
(1)按重量份配比准备以下的原料：废弃高密度聚乙烯100份，麻纤维10-40份，木素磺酸钙10-30份，硅酸钙10-30份，偶联剂0.8-1.4份，相容剂10份，增塑剂20-30份：
(2)低温粉碎
将上述原料混合置入液氨低温粉碎机中粉碎，粉碎温度-120～-140℃，粉碎时间1-2h，粉碎至细度达到40-60目；
(3)挤压造粒
将步骤(2)得到的混合物粉末使用双螺杆挤压成型机挤压造粒，机头温度110-130℃，螺杆转速90-120r/min，经挤压造粒得到符合3D打印的材料。
所述废弃高密度聚乙烯的预处理是：使用硬塑料破碎机对废弃HDPE塑料进行初步粉碎，随后利用间歇式搅拌塑料清洗机将破碎过的废弃HDPE进行彻底清洗，去除表面的污物，自然风干备用。
所述麻纤维的预处理是：将麻纤维撕碎，浸入浓度为18％的NaOH溶液(100g溶液中含有18g NaOH)中浸泡，温度20℃，反应时间2h，随后使用去离子水充分清洗，滤出大部分水分后，冷冻干燥至恒重备用。
所述麻纤维为大麻纤维，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-570或KH-550，所述相容剂为马来酸酐相容剂，所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯。
所述废弃HDPE塑料为废弃牛奶瓶，药瓶，洗发水以及沐浴露瓶等。
本发明使用废弃HDPE塑料为原料，成本低廉。原料使用低温粉碎，可以减轻粉碎中HDPE的性能损失，同时可以更加彻底的粉碎，得到的粉末粒度更小，很大程度上增加了微粉的比表面积，使其吸附性得到增强，利于各种添加剂和HDPE得到充分和均匀的混合，经过挤压造粒后得到的产物，其韧性、拉伸强度和冲击强度得到增强，使其性能可以满足3D打印的要求。
附图说明
图1是本发明方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方法作进一步的说明。
1、破碎清洗
使用硬塑料破碎机对废弃HDPE塑料进行初步粉碎，随后利用间歇式搅拌塑料清洗机将破碎过的废弃HDPE塑料进行彻底清洗，去除表面的污物，自然风干，得到废弃高密度聚乙烯备用。
2、麻纤维的处理
将麻纤维剪碎，浸入浓度为18％的NaOH溶液中(100g溶液中含有18g NaOH)浸泡，温度20℃，反应时间2h，随后使用去离子水充分清洗，滤出大部分水分后冷冻干燥至恒重备用。
3、低温粉碎
将经步骤1处理得到的废弃高密度聚乙烯和经步骤2处理后的麻纤维与以下原料按重量份配比混合：废弃高密度聚乙烯100份，麻纤维10-40份，木素磺酸钙10-30份，硅酸钙10-30份，偶联剂0.8-1.4份，相容剂10份，增塑剂20-30份混合后置入液氨低温粉碎机中粉碎，粉碎温度-120～-140℃，粉碎时间1-2h，粉碎至细度达到40-60目。
4、挤压造粒
将粉碎后的混合粉末使用双螺杆挤压剂挤出造粒，机头温度110-130℃，螺杆转速90-120r/min，经挤压造粒得到符合3D打印的材料。
所述麻纤维为大麻纤维，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-570或KH-550，所述相容剂为马来酸酐相容剂，所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯。
所述废弃HDPE塑料为废弃牛奶瓶，药瓶，洗发水以及沐浴露瓶等。
以下是本发明方法的实施例：
实施例1：
制备方法：
(1)取回收的废弃牛奶瓶，药瓶，洗发水以及沐浴露瓶等HDPE，使用硬塑料破碎机破碎，随后再置入塑料清洗机中彻底清洗至表面无明显污物残留，常温下自然风干，得到废弃高密度聚乙烯备用。
(2)将大麻纤维撕碎，用温度为20℃，质量浓度为18％的NaOH溶液浸泡2h后取出，随后用去离子水充分清洗，除去残余NaOH，滤出大部分水分后冷冻干燥至恒重备用。
(3)将步骤(1)、(2)中得到的废弃高密度聚乙烯、大麻纤维和其他添加剂按以下重量配比进行混合：高密度聚乙烯10kg、大麻纤维1kg、硅酸钙1kg、木素磺酸钙1kg、偶联剂KH-57080g、相容剂马来酸酐1kg、增塑剂邻苯二甲酸二甲酯2kg一起置入液氨低温粉碎机中粉碎，粉碎温度-120℃，粉碎时间1h，粉碎细度40目。
(4)将步骤(3)中得到的混合物粉末使用双螺杆挤压成型机挤压造粒，机头温度110℃，螺杆转速90r/min，得到的颗粒其韧性、拉伸强度和冲击强度比原废弃高密度聚乙烯塑料更强，可以用作3D打印材料。
实施例2：
制备方法：
(1)取实施例1中步骤(1)、(2)得到的废弃高密度聚乙烯、大麻纤维和其他添加剂按以下重量配比进行混合：高密度聚乙烯10kg、大麻纤维2kg、硅酸钙2kg、木素磺酸钙2kg、偶联剂KH-550100g、马来酸酐相容剂1kg、增塑剂邻苯二甲酸二甲酯2.5kg一起置入液氨低温粉碎机中粉碎，粉碎温度-125℃，粉碎时间1.5h，粉碎细度50目。
(2)将步骤(3)中得到的混合物粉末使用双螺杆挤压成型机挤压造粒，机头温度120℃，螺杆转速100r/min，得到的颗粒其韧性、拉伸强度和冲击强度比原废弃高密度聚乙烯塑料更强，可以用作3D打印材料。
实施例3：
制备方法：
(1)取实施例1中步骤(1)、(2)得到的废弃高密度聚乙烯、大麻纤维和其他添加剂按以下重量配比进行混合：高密度聚乙烯10kg，大麻纤维3kg，木素磺酸钙3kg，硅酸钙3kg，偶联剂KH-570110g，马来酸酐相容剂1kg，增塑剂邻苯二甲酸二甲酯3kg一起置入液氨低温粉碎机中粉碎，粉碎温度-130℃，粉碎时间2h，粉碎细度60目。
(2)将步骤(3)中得到的混合物粉末使用双螺杆挤压成型机挤压造粒，机头温度125℃，螺杆转速110r/min，得到的颗粒其韧性、拉伸强度和冲击强度比原废弃高密度聚乙烯塑料更强，可以用作3D打印材料。

Claims (3)

1.回收利用废弃高密度聚乙烯塑料制备3D打印材料的方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
(1)按重量份配比准备以下的原料：废弃高密度聚乙烯100份，麻纤维10-40份，木素磺酸钙10-30份，硅酸钙10-30份，偶联剂0.8-1.4份，相容剂10份，增塑剂20-30份；其中麻纤维的预处理是：将麻纤维撕碎，浸入浓度为18％的NaOH溶液中浸泡，温度20℃，反应时间2h，随后使用去离子水充分清洗，滤出大部分水分后，冷冻干燥至恒重备用；
(2)低温粉碎
将上述原料混合置入液氨低温粉碎机中粉碎，粉碎温度-120～-140℃，粉碎时间1-2h，粉碎至细度达到40-60目；
(3)挤压造粒
将步骤(2)得到的混合物粉末使用双螺杆挤压成型机挤压造粒，机头温度110-130℃，螺杆转速90-120r/min，经挤压造粒得到符合3D打印的材料。
2.根据权利要求1所述回收利用废弃高密度聚乙烯塑料制备3D打印材料的方法，其特征在于，所述废弃高密度聚乙烯的预处理是：使用硬塑料破碎机对废弃HDPE塑料进行初步粉碎，随后利用间歇式搅拌塑料清洗机将破碎过的废弃HDPE进行彻底清洗，去除表面的污物，自然风干备用。
3.根据权利要求1所述回收利用废弃高密度聚乙烯塑料制备3D打印材料的方法，其特征在于，所述麻纤维为大麻纤维，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-570或KH-550，所述相容剂为马来酸酐相容剂，所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯。
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