CN106147170A - 一种用于3d打印的pla除味材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于3D打印的PLA除味材料，包括如下质量份的各组分，PLA50‑80份；增塑剂A 5‑15份；增塑剂B 3‑10份；除味母粒10‑20份；热塑性弹性体5‑15份；相容剂1‑2份；增韧剂2‑20份；抗氧剂0.5‑2份；润滑剂1‑3份。该复合材料具有高韧性、高强度，环保无毒安全，硬度可调范围广，具有除味效果，加工性能优越，收缩率低，适用于国内外的FDM型3D打印机。该除味产品应用广泛，可用于打印衣服、鞋子、电子用品、服装饰品、按摩器械、运动用品、洗浴用品、玩具等。

Description

一种用于3D打印的PLA除味材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种3D打印耗材，具体为一种PLA除味材料及其制备方法。
背景技术
3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。目前应用较多的3D打印耗材有ABS、PA、PLA及PVA等，其中ABS与PLA用量最大。PLA是目前最为成功的非石油路线合成的可生物降解高分子材料，并且生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性等性能都较好，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，但其韧性差、硬度大、尺寸稳定性差、耐热性差，并且现有3D打印PLA耗材中功能化产品较少，除味产品更鲜有报道，导致其应用受到限制。
因此，如果能采用物理改性的方法制备出韧性好、硬度可调、尺寸稳定性好、加工过程中不堵孔、不断丝、具有除味效果的PLA材料，将拓宽PLA在3D打印领域的应用范围。
专利CN201410254366.1公开了一种软性弹性3D打印橡胶耗材及其制备方法，通过PLA和热塑性热塑性弹性体共混改善材料的硬度和尺寸稳定性，但由于橡胶态物质的组分含量高，加工过程中的熔体流动性较差，且未提及除味效果。
专利CN201510412955.2公开了一种用于3D打印的ABS/PLA合金树脂组合物及其制备方法，通过制备合金改善材料的尺寸稳定性和韧性，但材料硬度无法调整，且未提及除味效果，应用领域难以拓宽。
专利CN201510742469.7公开了一种PLA3D打印材料及其产品，通过添加增塑剂、增韧剂等助剂改善材料的韧性和易拉丝性，但材料硬度无法调整，且未提及除味效果，应用领域难以拓宽。
发明内容
本发明目的是针对现有技术中的不足，提供一种价格低廉、低碳环保、韧性好、硬度可调、尺寸稳定性好、加工过程中不堵孔、不断丝、具有除味效果的3D打印耗材。
本发明的第二个目的是，提供一种用于3D打印的PLA除味材料的制备方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于3D打印的PLA除味材料，其特征在于，该复合材料的组分及组分的质量份数如下：PLA50-80份；增塑剂A 5-15份；增塑剂B 3-10份；除味母粒10-20份；热塑性弹性体5-15份；相容剂1-2份；增韧剂2-20份；抗氧剂0.5-2份；润滑剂1-3份。
进一步，所述的增塑剂A为柠檬酸三丁酯、柠檬酸三辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯中的一种或两种混合物。
进一步，所述的增塑剂B为PEG-6000。
进一步，所述的除味母粒由载体树脂和沸石粉经挤出造粒而成，载体树脂为PLA，其熔融指数为20，沸石粉目数为800目，载体树脂与沸石粉质量份比例为1:1。
所述的PLA为熔融指数为8的左旋聚乳酸。
所述的热塑性弹性体为TPE、TPU、TPV、EVA中的一种或两种混合物。
所述的相容剂为马来酸酐接枝PLA，它是由下述重量份的原料组成的：马来酸酐2-4、聚乳酸90-95、过氧化二异丙苯0.5-0.8、硬脂酸钙0.1-0.2、环烷酸锌0.1-0.2；其制备方法包括以下步骤：将聚乳酸在78-80℃下干燥100-120分钟，与上述马来酸酐、过氧化二异丙苯、硬脂酸钙、环烷酸锌混合，送入到螺杆挤出机中，调节挤出机温度为180-186℃，螺杆转速为100-110r/min，挤出后经水冷、造粒、真空干燥后即得。
所述的增韧剂为脂肪酸聚氧乙烯酯；所述的抗氧剂为1010和215复配组成；所述的润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酰胺、油酰胺中的两种或多种混合物。
为达到上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：一种用于3D打印的PLA除味材料的制备方法，包括以下步骤：
1、将PLA、热塑性弹性体、除味母粒按比例调配，并放入干燥料斗内以90-100℃的温度干燥2小时以上，使原料含水量降至0.2%-0.5%；
2、将干燥后的PLA、热塑性弹性体、除味母粒与增塑剂A 、增塑剂B 、相容剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂按比例调配，放入高速搅拌机中充分搅拌混合30分钟；
3、将混合好的物料加入行星螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中行星螺杆螺杆挤出机从加料口到机头各区的料筒温度依次为：一区160-180℃、二区180-200℃、三区190-220℃、四区180-200℃；
4、将步骤3制得的颗粒加入到锥形螺杆挤出机中进挤出拉丝，控制拉丝的直径为1.75mm或3mm；其中锥形螺杆挤出机从加料口到机头各区的料筒温度依次为：一区150-170℃、二区170-190℃、三区180-200℃、四区170-200℃；
5、所述丝材通过水槽冷却后进入卷线机收卷为成品。
本发明的优点在于：
1、与现有技术相比，本发明采用物理共混的方法，通过增塑剂A和增塑剂B的配比变化以及热塑性弹性体的含量变化调节PLA材料的硬度，其中增塑剂A可有效降低材料的硬度，增塑剂B可保证材料降低硬度的同时强度下降幅度较小，热塑性弹性体和增韧剂可保证材料具有韧性。
2、本发明中加入了除味母粒，选用熔融指数较高的PLA作为载体树脂保证了沸石粉在基体树脂中的良好分散，确保产品有较好的除味效果。
3、本发明中主要助剂均为绿色环保助剂，安全无毒。
4、本发明的制备过程及工艺简单、成本低，避免了化学改性带来的放热过程与副产物污染，在3D打印领域具有非常乐观的应用前景。
具体实施方式：
实施例1
按质量分数，采用PLA70份、增塑剂A 15份、增塑剂B 3份、除味母粒15份、热塑性弹性体5份、相容剂1份、增韧剂10份、抗氧剂1份、润滑剂1份，通过以下配方和步骤制备的除味PLA材料具有较高的柔韧性和较好的除味效果，同时具有一定的强度和硬度，能够用于柔软性和除味效果要求较高的立体模型上。具体制备步骤如下：
1、将70份PLA、5份热塑性弹性体、15份除味母粒按比例调配，并放入干燥料斗内以90-100℃的温度干燥2小时以上，使原料含水量降至0.2%-0.5%；
2、将干燥后的PLA、热塑性弹性体、除味母粒与15份增塑剂A、3份增塑剂B、1份相容剂、10份增韧剂、1份抗氧剂、1份润滑剂按比例调配，放入高速搅拌机中充分搅拌混合30分钟；
3、将混合好的物料加入行星螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中行星螺杆螺杆挤出机从加料口到机头各区的料筒温度依次为：一区180℃、二区200℃、三区220℃、四区200℃；
4、将步骤3制得的颗粒加入到锥形螺杆挤出机中进挤出拉丝，控制拉丝的直径为1.75mm或3mm；其中锥形螺杆挤出机从加料口到机头各区的料筒温度依次为：一区170℃、二区190℃、三区200℃、四区190℃；
5、所述丝材通过水槽冷却后进入卷线机收卷为成品。
实施例2
按质量分数，采用PLA70份、增塑剂A 5份、增塑剂B 10份、除味母粒20份、热塑性弹性体15份、相容剂1份、增韧剂10份、抗氧剂1份、润滑剂1份，通过以下配方和步骤制备的除味PLA材料具有较高的弹性和较好的除味效果，同时具有较高的强度，能够用于弹性和除味效果要求较高的立体模型上。具体制备步骤如下：
1、将70份PLA、5份热塑性弹性体、20份除味母粒按比例调配，并放入干燥料斗内以90-100℃的温度干燥2小时以上，使原料含水量降至0.2%-0.5%；
2、将干燥后的PLA、热塑性弹性体、除味母粒与15份增塑剂A、3份增塑剂B、1份相容剂、10份增韧剂、1份抗氧剂、1份润滑剂按比例调配，放入高速搅拌机中充分搅拌混合30分钟；
3、将混合好的物料加入行星螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中行星螺杆螺杆挤出机从加料口到机头各区的料筒温度依次为：一区180℃、二区200℃、三区220℃、四区200℃；
4、将步骤3制得的颗粒加入到锥形螺杆挤出机中进挤出拉丝，控制拉丝的直径为1.75mm或3mm；其中锥形螺杆挤出机从加料口到机头各区的料筒温度依次为：一区170℃、二区190℃、三区200℃、四区190℃；
5、所述丝材通过水槽冷却后进入卷线机收卷为成品。
尽管本发明是参照具体实施例来描述，但这种描述并不意味着对本发明构成限制。参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域技术人员都是可以预料的，这种变化应属于所属权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种用于3D打印的PLA除味材料，其特征在于，该复合材料的组分及组分的质量份数如下：PLA50-80份；增塑剂A 5-15份；增塑剂B 3-10份；除味母粒10-20份；热塑性弹性体5-15份；相容剂1-2份；增韧剂2-20份；抗氧剂0.5-2份；润滑剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的用于3D打印的PLA除味材料，其特征在于：所述的增塑剂A为柠檬酸三丁酯、柠檬酸三辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯中的一种或两种混合物。
3.根据权利要求1所述的用于3D打印的PLA除味材料，其特征在于：所述的增塑剂B为PEG-6000。
4.根据权利要求1所述的用于3D打印的PLA除味材料，其特征在于：所述的除味母粒由载体树脂和沸石粉经挤出造粒而成，载体树脂为PLA，其熔融指数为20，沸石粉目数为800目，载体树脂与沸石粉质量份比例为1:1。
5.根据权利要求1所述的用于3D打印的PLA除味材料，其特征在于：所述的PLA为熔融指数为8的左旋聚乳酸。
6.根据权利要求1所述的用于3D打印的PLA除味材料，其特征在于：所述的热塑性弹性体为TPE、TPU、TPV、EVA中的一种或两种混合物。
7.根据权利要求1所述的用于3D打印的PLA除味材料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝PLA，它是由下述重量份的原料组成的：马来酸酐2-4、聚乳酸90-95、过氧化二异丙苯0.5-0.8、硬脂酸钙0.1-0.2、环烷酸锌0.1-0.2；其制备方法包括以下步骤：将聚乳酸在78-80℃下干燥100-120分钟，与上述马来酸酐、过氧化二异丙苯、硬脂酸钙、环烷酸锌混合，送入到螺杆挤出机中，调节挤出机温度为180-186℃，螺杆转速为100-110r/min，挤出后经水冷、造粒、真空干燥后即得。
8.根据权利要求1所述的用于3D打印的PLA除味材料，其特征在于：所述的增韧剂为脂肪酸聚氧乙烯酯；所述的抗氧剂为1010和215复配组成；所述的润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酰胺、油酰胺中的两种或多种混合物。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的用于3D打印的PLA除味材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：
1）将PLA、热塑性弹性体、除味母粒按比例调配，并放入干燥料斗内以90-100℃的温度干燥2小时以上，使原料含水量降至0.2%-0.5%；
2）将干燥后的PLA、热塑性弹性体、除味母粒与增塑剂A 、增塑剂B 、相容剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂按比例调配，放入高速搅拌机中充分搅拌混合30分钟；
3）将混合好的物料加入行星螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中行星螺杆螺杆挤出机从加料口到机头各区的料筒温度依次为：一区160-180℃、二区180-200℃、三区190-220℃、四区180-200℃；
4）将步骤3）制得的颗粒加入到锥形螺杆挤出机中进挤出拉丝，控制拉丝的直径为1.75mm或3mm；其中锥形螺杆挤出机从加料口到机头各区的料筒温度依次为：一区150-170℃、二区170-190℃、三区180-200℃、四区170-200℃；
5）所述丝材通过水槽冷却后进入卷线机收卷为成品。
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