CN106280339A - 一种phbv基可降解3d打印耗材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PHBV基可降解3D打印耗材及其制备方法，属于3D打印领域，耗材重量份包括以下组分：PHBV塑料60‑90份；PLA塑料5‑9份；淀粉40‑60份；增韧剂4‑6份；润滑降解剂6‑8份；抗结剂0.15‑0.85份；偶联剂10‑12份；增塑剂3‑8份，其制备方法包括称取配方组分、干燥处理等步骤，本发明的PHBV耗材能有效提高PHBV材料的韧性、稳定性，增强PHBV材料的柔性和弹性，其制备方法能有效提高PHBV耗材的干燥度，避免PHBV耗材因受湿度影响而影响3D打印成品的精度。
Description
技术领域
本发明涉及到一种PHBV基可降解3D打印耗材及其制备方法，属于3D打印领域。
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。经过近30年的发展，3D打印技术近年来正快速地走进我们的生产生活，3D打印技术已经在汽车、医疗、玩具模型等领域逐渐成熟起来。
目前，应用较多的塑料3D打印耗材主要有ABS、PA、PLA以及PVA、PHBV等。PBHV的生产原料是玉米，是可生物降解高分子材料，必能为人类减轻对石油资源的依赖、遏制白色污染、控制温室效应、3D打印以及社会经济的可持续发展做出重要贡献。但是PHBV在常温下既脆又硬，在熔融状态下极不稳定，易于分解，结晶度高，机械性能和耐溶剂性能差；另外，PHBV耗材易受湿度的影响，最终影响到打印成品的精度。为克服这些缺陷，本发明对PHBV基可降解3D打印耗材及其制备方法进行了改良。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种PHBV基可降解3D打印耗材及其制备方法，PHBV耗材能有效提高PHBV材料的韧性、稳定性，增强PHBV材料的柔性和弹性，其制备方法能有效提高PHBV耗材的干燥度，避免PHBV耗材因受湿度影响而影响3D打印成品的精度。
本发明解决其技术问题用的技术方案是：一种PHBV基可降解3D打印耗材，按重量份包括以下组分：
采用上述技术方案，PHBV做为主要原料，其成份最高，增加适量的PLA塑料可以增加耗材的强度、透明度及对气候变化的抵抗能力。
PHBV是疏水性材料，而淀粉等填充助剂是亲水性物质，二者结合可以有效提高混合效果，且本发明淀粉含量高，在土壤中微生物的作用下，可以完全分解成水、二氧化碳及有机物，无污染。
通过添加增韧剂，可以降低PHBV材料脆性，进而提高韧性、抗冲击性能，可以防止打印时起疙瘩、断线，提高打印质量。
通过添加润滑降解剂可以进一步增强PHBV材料的润滑度、加速降解速度。
优选地，所述的PHBV塑料的重均分子量为20-100万，分散系数为1.5-5。
优选地，所述的淀粉为玉米淀粉或小麦淀粉或红薯淀粉。
优选地，所述的抗结剂为硅铝酸钠或二氧化硅，通过增加抗结剂可以防止颗粒或粉状原料聚集结块、保持松散，在各组分混合时使得混合的更加均匀。。
优选地，所述的偶联剂为铝酸脂或二异氰酸脂。
优选地，所述的增塑剂为丙三醇或乙二醇或邻苯二甲酸二辛脂或磷酸三苯脂。
优选地，所述的抗结剂为硅铝酸钠或二氧化硅，
所述的润滑降解剂为脂肪酸酰胺和纳米二氧化钛按照重量比1:2组成的混合物。
一种PHBV基可降解3D打印耗材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取配方组分
按照权利要求1所述一种PHBV基可降解3D打印耗材的配方分别称取所述的组分；
(2)制作变形淀粉
将淀粉、水、抗结剂混合，搅拌成浆，之后脱水，将脱水后淀粉放入离心机做油粉分离，然后将分离后的淀粉与偶联剂导入高速合机中改性25-35分钟，制成变形淀粉；
(3)干燥处理
将步骤(2)中的变形淀粉与称取好的PHBV塑料、PLA塑料、增韧剂、润滑降解剂、抗结剂、增塑剂放入干燥设备中以80℃-100℃的温度干燥6-12小时，所述的干燥设备为电热鼓风干燥箱；
(4)制备混合物
将步骤(3)中干燥后的所述各组分放入高速混合机中混合10-30min，混合均匀，得到混合物；
(5)制备PHBV基原料
将步骤(3)中得到的所述混合物加入双螺杆挤出机中，经熔融、耦合挤出，得到PHBV基原料所述双螺杆挤出机的挤出温度为190-210℃；
(6)冷却并二次干燥
将步骤(5)获得的PHBV基原料进行自然冷却，然后通过吹干机进行二次干燥，自然冷却指将步骤(5)获得的PHBV基原料放置在阴凉处，自然冷却3-5小时，所述二次干燥的时间是3-5小时；
(7)制备3D打印PHBV可降解耗材
将步骤(6)中得到的所述PHBV基原料加入3D制线机，制备得到3D打印PHBV基可降解耗材。
本发明的有益效果为：由于本发明通过各原料组分的结合，制成一种PHBV基可降解3D打印耗材，能有效提高PHBV材料的韧性、稳定性，增强PHBV材料的柔性和弹性。其制备方法经过一系列的步骤，特别是两次干燥的过程，能有效提高PHBV耗材的干燥度，避免PHBV耗材因受湿度影响而影响3D打印成品的精度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种PHBV基可降解3D打印耗材，按重量份包括以下组分：
所述的PHBV塑料的重均分子量为20万，分散系数为1.5。
所述的淀粉为玉米淀粉。
所述的抗结剂为硅铝酸钠。
所述的偶联剂为铝酸脂。
增塑剂为丙三醇。
一种PHBV基可降解3D打印耗材的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取配方组分
按照权利要求1所述一种PHBV基可降解3D打印耗材的配方分别称取所述的组分；
(2)制作变形淀粉
将淀粉、水、抗结剂混合，搅拌成浆，之后脱水，将脱水后淀粉放入离心机做油粉分离，然后将分离后的淀粉与偶联剂导入高速合机中改性25分钟，制成变形淀粉；
(3)干燥处理
将步骤(2)中的变形淀粉与称取好的PHBV塑料、PLA塑料、增韧剂、润滑降解剂、抗结剂、增塑剂放入干燥设备中以80℃的温度干燥6小时；
(4)制备混合物
将步骤(3)中干燥后的所述各组分放入高速混合机中混合10分钟，混合均匀，得到混合物；
(5)制备PHBV基原料
将步骤(3)中得到的所述混合物加入双螺杆挤出机中，经熔融、耦合挤出，得到PHBV基原料，所述双螺杆挤出机的挤出温度为190；
(6)冷却并二次干燥
将步骤(5)获得的PHBV基原料进行自然冷却，然后通过吹干机进行二次干燥，自然冷却指将步骤(5)获得的PHBV基原料放置在阴凉处，自然冷却3-小时，所述二次干燥的时间是3小时；
(7)制备3D打印PHBV可降解耗材
将步骤(6)中得到的所述PHBV基原料加入3D制线机，制备得到3D打印PHBV基可降解耗材。
实施例2
一种PHBV基可降解3D打印耗材，按重量份包括以下组分：
所述的PHBV塑料的重均分子量为50万，分散系数为3。
所述的淀粉为小麦淀粉。
所述的抗结剂为或二氧化硅。
所述的偶联剂为二异氰酸脂。
所述的增塑剂为乙二醇。
一种PHBV基可降解3D打印耗材的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取配方组分
按照权利要求1所述一种PHBV基可降解3D打印耗材的配方分别称取所述的组分；
(2)制作变形淀粉
将淀粉、水、抗结剂混合，搅拌成浆，之后脱水，将脱水后淀粉放入离心机做油粉分离，然后将分离后的淀粉与偶联剂导入高速合机中改性30分钟，制成变形淀粉；
(3)干燥处理
将步骤(2)中的变形淀粉与称取好的PHBV塑料、PLA塑料、增韧剂、润滑降解剂、抗结剂、增塑剂放入干燥设备中以90℃的温度干燥8小时，所述的干燥设备为电热鼓风干燥箱；
(4)制备混合物
将步骤(3)中干燥后的所述各组分放入高速混合机中混合20分钟，混合均匀，得到混合物；
(5)制备PHBV基原料
将步骤(3)中得到的所述混合物加入双螺杆挤出机中，经熔融、耦合挤出，得到PHBV基原料，所述双螺杆挤出机的挤出温度为200℃；
(6)冷却并二次干燥
将步骤(5)获得的PHBV基原料进行自然冷却，然后通过吹干机进行二次干燥，所述的自然冷却指将步骤(5)获得的PHBV基原料放置在阴凉处，自然冷却4小时，所述二次干燥的时间是4小时；
(7)制备3D打印PHBV可降解耗材
将步骤(6)中得到的所述PHBV基原料加入3D制线机，制备得到3D打印PHBV基可降解耗材。
实施例3
一种PHBV基可降解3D打印耗材，其特征在于，按重量份包括以下组分：
所述的PHBV塑料的重均分子量为100万，分散系数为5。
所述的淀粉为红薯淀粉。
所述的抗结剂为硅铝酸钠。
所述的偶联剂为铝酸脂。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂。
一种PHBV基可降解3D打印耗材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取配方组分
按照权利要求1所述一种PHBV基可降解3D打印耗材的配方分别称取所述的组分；
(2)制作变形淀粉
将淀粉、水、抗结剂混合，搅拌成浆，之后脱水，将脱水后淀粉放入离心机做油粉分离，然后将分离后的淀粉与偶联剂导入高速合机中改性35分钟，制成变形淀粉；
(3)干燥处理
将步骤(2)中的变形淀粉与称取好的PHBV塑料、PLA塑料、增韧剂、润滑降解剂、抗结剂、增塑剂放入干燥设备中以100℃的温度干燥12小时，所述的干燥设备为电热鼓风干燥箱；
(4)制备混合物
将步骤(3)中干燥后的所述各组分放入高速混合机中混合30分钟，混合均匀，得到混合物；
(5)制备PHBV基原料
将步骤(3)中得到的所述混合物加入双螺杆挤出机中，经熔融、耦合挤出，得到PHBV基原料，所述双螺杆挤出机的挤出温度为210℃；
(6)冷却并二次干燥
将步骤(5)获得的PHBV基原料进行自然冷却，然后通过吹干机进行二次干燥，所述的自然冷却指将步骤(5)获得的PHBV基原料放置在阴凉处，自然冷却5小时，所述二次干燥的时间是5小时；
(7)制备3D打印PHBV可降解耗材
将步骤(6)中得到的所述PHBV基原料加入3D制线机，制备得到3D打印PHBV基可降解耗材。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种PHBV基可降解3D打印耗材，其特征在于，按重量份包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的一种PHBV基可降解3D打印耗材，其特征在于所述PHBV塑料的重均分子量为20-100万，分散系数为1.5-5。
3.根据权利要求1所述的一种PHBV基可降解3D打印耗材，其特征在于所述淀粉为玉米淀粉或小麦淀粉或红薯淀粉。
4.根据权利要求1所述的一种PHBV基可降解3D打印耗材，其特征在于所述抗结剂为硅铝酸钠或二氧化硅。
5.根据权利要求1所述的一种PHBV基可降解3D打印耗材，其特征在于所述偶联剂为铝酸脂或二异氰酸脂。
6.根据权利要求1所述的一种PHBV基可降解3D打印耗材，其特征在于所述增塑剂为丙三醇或乙二醇或邻苯二甲酸二辛脂或磷酸三苯脂。
7.一种制备权利要求1-6任一项所述的一种PHBV基可降解3D打印耗材的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取配方组分
按照权利要求1所述一种PHBV基可降解3D打印耗材的配方分别称取所述的组分；
(2)制作变形淀粉
将淀粉、水、抗结剂混合，搅拌成浆，之后脱水，将脱水后淀粉放入离心机做油粉分离，然后将分离后的淀粉与偶联剂导入高速合机中改性25-35分钟，制成变形淀粉；
(3)干燥处理
将步骤(2)中的变形淀粉与称取好的PHBV塑料、PLA塑料、增韧剂、润滑降解剂、抗结剂、增塑剂放入干燥设备中以80℃-100℃的温度干燥6-12小时；
(4)制备混合物
将步骤(3)中干燥后的所述各组分放入高速混合机中混合10-30分钟，混合均匀，得到混合物；
(5)制备PHBV基原料
将步骤(3)中得到的所述混合物加入双螺杆挤出机中，经熔融、耦合挤出，得到PHBV基原料；
(6)冷却并二次干燥
将步骤(5)获得的PHBV基原料进行自然冷却，然后通过吹干机进行二次干燥；
(7)制备3D打印PHBV可降解耗材
将步骤(6)中得到的所述PHBV基原料加入3D制线机，制备得到3D打印PHBV基可降解耗材。
8.根据权利要求7所述的一种制备PHBV基可降解3D打印耗材的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的干燥设备为电热鼓风干燥箱。
9.如权利要求7所述的一种制备PHBV基可降解3D打印耗材材的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述双螺杆挤出机的挤出温度为190-210℃，所述二次干燥的时间是3-5小时。
10.如权利要求7所述的一种制备PHBV基可降解3D打印耗材的方法，其特征在于，步骤(6)中，所述的自然冷却指将步骤(5)获得的PHBV基原料放置在阴凉处，自然冷却3-5小时。
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