CN105623290A - 一种木质3d打印粉末的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木质3D打印粉末的制备方法，该方法包括如下操作步骤：(1)将20～400μm的原始木粉颗粒，在165℃～235℃高温下热处理改性1～5小时；(2)再加入疏水型二氧化硅包埋改性热处理后的木粉,疏水型二氧化硅的加入量为热处理后木粉重量的0.1％～50％，疏水型二氧化硅的比表面积在0.1m2/g～1200m2/g。本发明将原始木粉颗粒经过高温热处理改性、疏水型二氧化硅包埋改性，可以较好的适应3D打印堆积成型的需求。使用木质粉末打印成型的3D产品木质部分含量高，发挥了木材环境友好性特征；拓宽了3D打印耗材的范畴，赋予了木质材料新的应用领域；同时，改性工艺简单，易于质量控制和产品推广。

Description

一种木质3D打印粉末的制备方法
技术领域
本发明涉及木质材料改性领域，具体是一种木质3D打印粉末的制备方法。
背景技术
国内背景：我国工信部、发改委和财政部亦于2015年2月28日发布了《关于印发<国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)>的通知》，表现出我国对该技术的重视。国际背景：3D打印技术近两年来风靡全球，是挑战极限的新兴技术，并号称引起第三次工业革命。
东北林业大学郭艳玲课题组(张慧,郭艳玲etal.2014)在木塑复合材料快速原型制造方面研究卓有成效。西安科技大学杨来侠团队(孙国光2008,杨来侠,池雄飞etal.2009)结合色彩空间的连续过渡理论，这对本申请专利中的“半彩打印”提供了理论计算依据。国内与木质3D打印耗材相关的专利申请可查询到2项，主要是木质材料与聚烯烃塑料等材料混合(谢劲能，祝君2014,殷正福，晏伟，许向东2014)，与本专利思路截然不同。
目前大多数商业3D打印机系统是封闭的，3D打印耗材成为3D打印技术竞争的人为瓶颈(Dudek2013)。总体可以看出，耗材研发意义大于设备，已成为各国3D打印竞争的核心技术，耗材决定了成型方式、应用范围，决定了3D打印的水平。
国际范围内3D打印竞争的核心为耗材的研发，耗材成为3D打印技术发展的瓶颈。就目前而言，常用粉末堆积成型的主要为石膏粉，木粉不能够直接应用。
木粉不能直接3D打印，原因是未改性的木粉粒度不均匀、形状易团聚、流动性差。研磨过后，原级、聚集体、凝聚体和絮凝颗粒型四大类型的颗粒均存在，造成明显团聚现象，在3D打印过程中是不能自由落下。
热处理改性可以使木粉：粒度均匀、形状分散、流动性好；但存在缺点：润湿性变差、施胶饱和度降低、密度降低、颜色变深。毛白杨木材经过高温热处理后，亲水官能团吸光度下降(高伟,李镇etal.2014)。马尾松木材随着热处理温度的升高和处理时间的延长，木材红外吸收光谱中羟基吸收峰的强度明显降低(李贤军,刘元etal.2009)。范敏等(范敏,倪欧琪etal.2014)红木热处理后的吸水率降低。这说明高温热处理后，木粉的润湿性能下降，这对铺层粉，无色胶水和带有颜色的胶水实现层间粘结是非常不利的。唐荣强等(唐荣强,鲍滨福etal.2011)研究结果表明，杉木经热处理后颜色加深。
可以看出，高温热处理的负面影响是不容忽视的。
目前国内外研究存在的问题：
首先是未针对木粉作为3D打印耗材系统研究，木塑复合材料作为耗材时会涉及木粉，但含量较低；
其次是少有文献针对3D彩色打印粉末进行研究；
然后是3D打印粉末改性复杂，同时使多种化学试剂，对不同性质进行改性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种木质3D打印粉末的制备方法，通过将原始木粉颗粒经改性后可用于3D打印技术。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明一种木质3D打印粉末的制备方法，包括如下操作步骤：
(1)将20～400μm的原始木粉颗粒，在165℃～235℃高温下热处理改性1～5小时；
(2)再加入疏水型二氧化硅包埋改性热处理后的木粉,疏水型二氧化硅的加入量为热处理后木粉重量的0.1％～50％，疏水型二氧化硅的比表面积在0.1m2/g～1200m2/g。
所述原始木粉颗粒为木本植物、草本植物、竹材、藤材中的一种或多种颗粒。
优选地，疏水型二氧化硅的加入量为热处理后木粉重量的1.5％～10.5％，
优选地，步骤(1)的热处理温度为175℃～195℃：
优选地，疏水型二氧化硅的比表面积在80m2/g～600m2/g。
本发明对原始木粉颗粒的理解是指木材经粉碎后的颗粒，包括不同的形态、不同尺寸，并且木粉原材料包括木材的木质部、韧皮部、树皮的一种或多种。
本发明的有益效果是：
1.将木粉经高温热处理和亲水型气相疏水型二氧化硅包埋，木质成份在50％以上，最高可达99.9％，具有高度的环境友好性，可以较好的适应3D打印堆积成型的需求，拓宽了3D打印耗材的范畴，赋予了木质材料新的应用领域；
2.木粉经蒸汽高温热处理后包埋二氧化硅，可以使润湿性变优、提高施胶饱和度，增加密度、颜色变浅，弥补了热处理的缺陷，同时又提高了木粉流动性；
3.将木粉颗粒进行二氧化硅包埋改性是对表面分散性能、颜色、密度改良的重要过程，以改良木粉3D打印的适用性。
4.改性工艺简单，易于质量控制和产品推广。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明方法进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
使用植物粉碎机将木材粉碎，研磨后使用筛网将颗粒分选颗粒直径约20μm，在高温水蒸气的保护下，于180℃热处理2h，取其中100g，使用微粒发生器,包埋疏水型二氧化硅颗粒10g,其比表面积为700m2/g。
将上述材料混匀混合后，按照铺装堆积成型的原理，能够实现3D打印。
实施例2：
使用植物粉碎机将竹材粉碎，研磨后使用筛网将颗粒分选颗粒直径约80μm；在高温水蒸气的保护下，于195℃热处理3h，取其中100g，使用微粒发生器,包埋疏水型二氧化硅颗粒0.1g,其比表面积为1000m2/g。
将上述材料混匀混合后，按照铺装堆积成型的原理，能够实现3D打印。
实施例3：
使用植物粉碎机将藤材粉碎，研磨后使用筛网将颗粒分选颗粒直径约160μm；在高温水蒸气的保护下，于210℃热处理2h，取其中100g，使用微粒发生器,包埋疏水型二氧化硅颗粒30g,其比表面积为1200m2/g。
将上述材料混匀混合后，按照铺装堆积成型的原理，能够实现3D打印。
实施例4：
使用植物粉碎机将水稻秸秆粉碎，研磨后使用筛网将颗粒分选颗粒直径约240μm；在高温水蒸气的保护下，于225℃热处理3h，取其中100g，使用微粒发生器,包埋疏水型二氧化硅颗粒20g,其比表面积为400m2/g。
将上述材料混匀混合后，按照铺装堆积成型的原理，能够实现3D打印。
实施例5：
使用植物粉碎机将木材粉碎，研磨后使用筛网将颗粒分选颗粒直径约320μm；在高温水蒸气的保护下，于235℃热处理1h，取其中100g，使用微粒发生器,包埋疏水型二氧化硅颗粒40g,其比表面积为100m2/g。
将上述材料混匀混合后，按照铺装堆积成型的原理，能够实现3D打印。
实施例6：
使用植物粉碎机将木材粉碎，研磨后使用筛网将颗粒分选颗粒直径约400μm；在高温水蒸气的保护下，于165℃热处理5h，取其中100g，使用微粒发生器,包埋疏水型二氧化硅颗粒50g,其比表面积为0.1m2/g。
将上述材料混匀混合后，按照铺装堆积成型的原理，能够实现3D打印。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种木质3D打印粉末的制备方法，其特征在于，该方法包括如下操作步骤：
(1)将20～400μm的原始木粉颗粒，在165℃～235℃高温下热处理改性1～5小时；
(2)再加入疏水型二氧化硅包埋改性热处理后的木粉,疏水型二氧化硅的加入量为热处理后木粉重量的0.1％～50％，疏水型二氧化硅的比表面积在0.1m2/g～1200m2/g。
2.根据权利要求1所述木质3D打印粉末的制备方法，其特征在于：所述原始木粉颗粒为木本植物、草本植物、竹材、藤材中的一种或多种颗粒。
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