CN105820561B - 一种用于制造三维物体的塑料粉末 - Google Patents

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Abstract

一种塑料粉末，用于激光烧结的方法以逐层叠加的方式固化形成三维物体，塑料粉末包括聚酰胺粉末和包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银，其中包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银占总质量分数为0.2％～1.1％，纳米银粒径为20～100nm。以及一种制备该粉末的方法，通过将聚乙烯吡咯烷酮溶液和硝酸银溶液按一定比例混合，在一定条件下制备包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银，并将其与聚酰胺粉末混合，由此制备的用于激光烧结的塑料粉末材料，纳米银分散度好，其激光烧结的三维物体具有良好的抗菌效果，而且不影响激光烧结聚酰胺类粉末材料本身的机械性能。

Description

一种用于制造三维物体的塑料粉末
技术领域
本发明涉及一种塑料粉末及其制备方法，具体涉及一种用于三维制造的塑料粉末及其制备方法。
背景技术
通过激光逐层的烧结粉末材料来制造三维物体是一种已知的技术手段，其具体工艺是：首先建立目标零件的三维数字模型，然后用分层软件将三维数字模型进行切片处理，得到每一个加工层面的数据信息，在计算机控制下，根据切片层面信息，利用激光束对可热熔的粉末材料逐层扫描烧结，最终完成目标零件的加工制造。这种技术特点在于可以获得结构造型复杂的构件，而类似的构件采用传统制造方法不易获得。
这种技术手段除了在工业领域使用外，在食品、医药、生物等领域开始广泛采用。存在的问题是，通过激光逐层烧结的三维物体在运输以及使用过程中，由于周围环境及空气中湿度，有害颗粒及气体等的影响，其表面容易滋生细菌，富集污染物质等，会对人体健康和环境造成不利影响，并且在一些更为严格的需求中，要求其使用的三维物体零件本身具有抗菌功能，避免需要频繁的进行杀菌处理。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种用于激光烧结的塑料粉末，用该粉末制备的三维物体表面具有抗微生物作用，能减少表面频繁进行杀菌处理需求，扩大激光烧结在卫生、医疗、食品等领域的使用范围。同时，本发明还提出了一种用于制备该塑料粉末的方法。
在一些已知的抗菌方法中，在物体的表面涂上抗菌涂层，如包含银等金属的涂层，能够对物体的表面微生物其到抑制或者消灭作用。如果在激光烧结的三维物体涂上抗菌涂层，显然能解决三维物体的抗菌问题，但这样一来增加了工序，降低了产品生产效率，且不易操作。
发明人在实验中将金属银纳米粉末混合至用于激光烧结的塑料粉末中，意外的发现，由银纳米粉末和塑料粉末混合经激光烧结制备的三维物体具有抗菌的效果，而且，银在粉末中的含量、形态和分布对抗菌效果有重要影响。
据此发明的一种塑料粉末，所述塑料粉末包括聚酰胺粉末和包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银，其中包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银占总质量分数为0.2％～1.1％，纳米银粒径为20～100nm。
在银所占粉末重量比例一定的情况下，银在粉末中越分散，抗菌性能好，反之，则抗菌效果差。在银重量比例及分散度相近的情况下，小粒径的银具有更好的抗菌效果，因为比表面积越大，会让激光烧结的三维物体抗菌效果更佳优异。但在更为深入的实验中发现，银的粒径越小，比表面能越大，银在三维物体中越难以分散，容易团聚，进而影响到抗菌效果，使用纳米级的银在抗菌效果和分散情况上都能获得较为理想的效果，优选粒径范围在20～100nm之间。
进一步的，聚乙烯吡咯烷酮的数均分子量为20～40万。为使纳米银充分分散，采用数均分子量为20～40万的聚乙烯吡咯烷酮对纳米银进行改性，采用该数均分子量范围的包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银，球型度高，分散性好，使得纳米银在加入到聚酰胺粉末后能够很好的分散开来，提高抗菌性能，且并不影响激光烧结聚酰胺类粉末材料本身的机械性能。
进一步的，所述聚酰胺粉末是尼龙11、尼龙12、尼龙1212、尼龙6、尼龙66其中一种或几种。
进一步的，所述塑料粉末还可以包括流动助剂，流动助剂是气相三氧化二铝、气相二氧化硅、气相二氧化钛中的一种或几种。
本发明还提供了一种塑料粉末制备方法，其塑料粉末用于激光烧结的方法以逐层叠加的方式固化形成三维物体，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将聚乙烯吡咯烷酮与乙醇按照1:0.5～1:2的质量比在130～160℃下溶解30～60分钟制得聚乙烯吡咯烷酮溶液，将硝酸银与乙醇按照1:1～1:6质量比在80～120℃下溶解制得硝酸银溶液，在2分钟内，将硝酸银溶液加入聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中，其中聚乙烯吡咯烷酮与硝酸银的质量比为5:1，并继续搅拌反应3～10min，等冷却后再洗涤、离心、干燥，得到包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银；
(2)将聚酰胺粉末材料与包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银按一定比例混合均匀，过100目筛，得到用于激光烧结的塑料粉末材料。
进一步的，步骤(1)中所用的聚乙烯吡咯烷酮的数均分子量为20～40万。
进一步的，步骤(1)中所用的聚酰胺粉末是尼龙11、尼龙12、尼龙1212、尼龙6、尼龙66其中一种或几种。
进一步的，步骤(2)中所用的聚酰胺粉末中包括流动助剂。
进一步的，所述的流动助剂是气相三氧化二铝、气相二氧化硅、气相二氧化钛中的一种或几种。
采用该方法制备的包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银只需简单的共混便能够进行很好的分散，操作非常简便，而且最终制备的塑料粉末，纳米银在塑料粉末中分散度好，其激光烧结的三维物体具有良好的抗菌效果，而且不影响激光烧结聚酰胺类粉末材料本身的机械性能。
具体实施方式
以下将结合具体实施例，对本发明进行进一步说明。
对比例1
(1)将10Kg的尼龙1212粉末与流动助剂，质量比为1:0.004，放置在搅拌器中搅拌混合4h，物料混合均匀后过100目筛，得到用于激光烧结的尼龙1212材料；
(2)将上述尼龙粉末在激光烧结设备中烧结使用，获得三维物体。
实施例1
(1)将1Kg聚乙烯吡咯烷酮与2Kg乙醇在160℃下溶解30分钟制得聚乙烯吡咯烷酮溶液，将0.2Kg硝酸银与1.2Kg乙醇在80℃下溶解制得硝酸银溶液，在2分钟内，将硝酸银溶液加入聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中，并继续搅拌反应10min，等冷却后再洗涤、离心、干燥，得到包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银；
(2)将得到的10Kg的尼龙1212粉末、流动助剂和改性的纳米银，按质量比1:0.004:0.002，加入搅拌器中搅拌混合4h，物料混合均匀后过100目筛，得到用于激光烧结的尼龙1212材料；
(3)将上述尼龙粉末在激光烧结设备中烧结使用，获得抗菌三维物体。
实施例2
(1)将1Kg聚乙烯吡咯烷酮与0.5Kg乙醇在130℃下溶解60分钟制得聚乙烯吡咯烷酮溶液，将0.2Kg硝酸银与0.2Kg乙醇在120℃下溶解制得硝酸银溶液，在2分钟内，将硝酸银溶液加入聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中，并继续搅拌反应3min，等冷却后再洗涤、离心、干燥，得到包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银；
(2)将得到的10Kg的尼龙1212粉末、流动助剂和改性的纳米银，其相关比例为1:0.004:0.011，在加入搅拌器中搅拌混合4h，物料混合均匀后过100目筛，得到用于激光烧结的尼龙1212材料；
(3)将上述尼龙粉末在激光烧结设备中烧结使用，获得抗菌三维物体。
对实施例1、实施例2的及对比例1的三维物体进行抗菌测试，结果见表1。
抗菌性能测试：根据GB/T23763-2009国家标准进行检测，选用大肠杆菌ATCC8739和金黄色葡萄球菌ATCC6538P为菌种。
表1
由上述测试结果得到：实施例1、实施例2所得三维物体达到良好的抗菌效果。

Claims (4)

1.一种塑料粉末，用于激光烧结的方法以逐层叠加的方式固化形成三维物体，其特征在于，所述塑料粉末包括聚酰胺粉末和包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银，其中包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银占总质量分数为0.2％～1.1％，纳米银粒径为20～100nm，所述聚乙烯吡咯烷酮的数均分子量为20～40万；
所述塑料粉末通过以下方法制得：
(1)将聚乙烯吡咯烷酮与乙醇按照1:0.5～1:2的质量比在130～160℃下溶解30～60分钟制得聚乙烯吡咯烷酮溶液，将硝酸银与乙醇按照1:1～1:6的质量比在80～120℃下溶解制得硝酸银溶液，在2分钟内，将硝酸银溶液加入聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中，其中聚乙烯吡咯烷酮与硝酸银的质量比为5:1，并继续搅拌反应3～10min，等冷却后再洗涤、离心、干燥，得到包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银；
(2)将聚酰胺粉末材料与包覆聚乙烯吡咯烷酮的纳米银按一定比例混合均匀，过100目筛，得到用于激光烧结的塑料粉末材料。
2.根据权利要求1任一项所述的塑料粉末，其特征在于，所述聚酰胺粉末是尼龙11、尼龙12、尼龙1212、尼龙6、尼龙66中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的塑料粉末，其特征在于，所述塑料粉末还包括流动助剂。
4.根据权利要求3所述的塑料粉末，其特征在于，流动助剂是气相三氧化二铝、气相二氧化硅、气相二氧化钛中的一种或几种。
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