CN106495630A - 一种3d打印的磷石膏基户外景观材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印的磷石膏基户外景观材料，将70‑85份磷石膏、3‑8份促凝剂、2‑4份水泥、0.01‑0.03份氧化石墨烯和0.5‑2份纳米二氧化硅混合得复合粉：滚筒推送到建模平台，均匀铺上厚度＜0.075mm的层，同时打印头喷射8‑20粘合剂固化复合粉，彩色喷墨打印头将2份颜料有选择喷射在铺好的粉材上，然后建模平台一层层降低，反复这个动作，直达磷石膏基户外景观完成。本发明所制备的磷石膏基户外景观材料属于绿色建材，取材广泛，价廉宜得，毒副作用极小，而且通过3D打印制成，无需机械加工或任何模具，28d强度大于20Mpa，软化系数大于0.85，耐水性能好，还具备除臭、抗污、净化空气等功能。

Description

一种3D打印的磷石膏基户外景观材料

技术领域

本发明属于建筑装饰材料技术领域，具体涉及一种3D打印的磷石膏基户外景观材料。

背景技术

3D打印是近年来发展起来的高新技术，已在机械制造等行业取得很大成功，在材料和建筑等领域也有所发展。3D打印机能够为曲面异形建筑快速制作精确模型，实现传统建筑模型制作无法达到的工艺水平。当前用于户外景观的3D打印材料比较有限，目前已经研究出可以使用的材料约有4种，主要有塑料、金属粉末、木材、水泥等。然而水泥重量大、可塑性差，防腐木成本较高，木塑复合材料力学性能不高，容易受到热、光、氧等作用而发生老化，使用寿命短，其应用都受到限制。从价格上来看，一公斤原材料从几百元到几万元不等，而β-半水石膏粉市场价在几元一千克，就价格而言优势明显。

磷石膏是湿法生产磷酸过程中产生的一种工业副产物，据统计，目前全世界磷石膏年排放量为1.5亿t以上，而利用率仅为4％左右。我国磷石膏平均年排放量为5000万t，位于世界第一。我国一个年产6万t的磷铵厂，每年用于磷石膏堆放的费用高达数百万元。磷化工厂周围的磷石膏堆积如山，不仅占用了大量的土地资源，而且对生态环境也造成严重影响。磷石膏与天然石膏化学成分相同，结晶形态相似，CaO的含量大于30％，并且含有少量的游离磷酸、氟以及有机物。

CN105152620A公开了一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，所述砂浆包括二水石膏500-600份，骨料400-500份，煤灰30-50份，可再分散乳胶粉0.2-0.8份，发泡剂0.2-0.3份，缓凝1-1.5份，保水剂0.5-0.7份。

CN 105481329 A公开了3D打印石膏油墨及其制备方法，所述油墨以石膏粉：60％～93％，填料：2％～20％，改性剂：4％～18％，促凝剂：0.5％～5％混合搅拌均匀即得。

CN103819164B公开了一种用于3D打印机的粉末及其制备方法，所述粉末以石膏55％-80％，硬石膏1％-10％，硫酸钡1％-10％，聚乙烯醇10％-20％，气相二氧化硅1％-5％，卵磷脂1％-5％，经过研磨、混合后制备而成。

CN104744000A公开了一种3D打印用石膏材料及其制备方法，所述材料由1份粉体材料与0.25-1份液相材料组成。粉体材料包括90-98份半水石膏、1-10份填充材料、0-2份纤维；液相材料包括80-90份水，5-15份柔性粘结材料、1-5份促凝材料。

CN104230289A公开了一种3D打印组合物及其制备方法和用途，所述组合物包括石膏粉、氧化物粉末、粘结材料、增强剂、固体润滑剂和防腐剂，还优选地进一步包含助剂。

如上所述，现有技术中已经公开了多种3D打印用石膏材料，但这些材料如果直接运用到户外景观仍存在一些缺点，例如含有一些可分解的高分子材料，从而容易产生有害气体和/或物质，造成安全隐患；或者强度偏低，耐水性差，不适于户外环境；或者采用高强石膏，价格昂贵。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种原料取材广泛，价廉宜得；投资少、制造成本低；产品毒副作用极小，强度高，耐水性能好，还具备除臭、抗污等功能的3D打印的磷石膏基户外景观材料。

本发明目的的实现方式为，一种3D打印的磷石膏基户外景观材料，由下述方法制备而成，制备的具体步骤如下：

(1)将重量份数为70-85份磷石膏、3-8份促凝剂、2-4份水泥、0.01-0.03份氧化石墨烯和0.5-2份纳米二氧化硅均匀混合，得复合粉：

所述磷石膏为β-半水石膏；

所述促凝剂为二水硫酸钙晶须或硫酸铝；

(2)滚筒推送步骤(1)的复合粉到建模平台，均匀铺上厚度＜0.075mm的一层，同时打印头喷射8-20份粘合剂固化复合粉，彩色喷墨打印头将2份颜料有选择喷射在铺好的粉材上，然后建模平台一层层降低，反复这个动作，直达磷石膏基户外景观完成；

所述粘合剂为湿磨水淬高炉矿渣、湿磨水淬钢渣和湿磨粉煤灰中的一种或几种与水溶性聚氨酯丙烯酸酯类光敏树脂的复合物，复合重量比为8-9:1-2；

所述颜料为无机复合颜料和无机功能颜料的混合物，无机复合颜料和无机功能颜料的重量比为9-9.5:0.5-1；

所述无机复合颜料为镉红、镉黄、镉橙、铬铁绿、钴蓝、钴铬蓝、锌铁黄、铋黄、钛镍黄、钴绿、钴铬绿、钛铬棕、钴紫、钛黑、铜铬黒中的任意一种或任意多种的混合物；

所述无机功能颜料为氮掺杂纳米二氧化钛。

本发明的有益效果是：

1、采用粉末材料，不存在切削等加工手段，未固化粉末材料可重复利用，从而极大地降低了原料损耗，既可有效控制成本，又无需机械加工或任何模具,即能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,从而极大地缩短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本；还能够印出一些传统生产技术无法制造出的外型；

2、磷建筑石膏制品轻质、硬化后无收缩，体积稳定；

3、所用原料大量使用尾渣、磷石膏等废弃物，减少了对天然资源的消耗；

4、添加了高活性的湿磨矿粉和聚氨酯丙烯酸酯类光敏树脂，凝结时间短，添加了微量纳米二氧化硅和氧化石墨烯，提高了抗老化、强度、耐水性能和耐化学性能；

5、产品可抗菌、防霉、除臭、阻燃；还可循环或回收利用，无污染环境的废弃物，有利保护环境。

具体实施方式

本发明是将70-85份磷石膏、3-8份促凝剂、2-4份水泥、0.01-0.03份氧化石墨烯和0.5-2份纳米二氧化硅均匀混合得复合粉：滚筒推送复合粉到建模平台，均匀铺上厚度＜0.075mm的一层，同时打印头喷射粘合剂固化复合粉，彩色喷墨打印头将颜料有选择喷射在铺好的粉材上，然后建模平台一层层降低，反复这个动作，直达磷石膏基户外景观完成。

本发明针对磷建筑石膏制品轻质、硬化后无收缩，体积稳定，非常适合用作景观材料的性能，以磷石膏为主要原料。

本发明有的石膏制品的耐水性能差，凝结时间过长，满足不了3D打印所需工业要求，不能用于室外的问题，添加了高活性的湿磨矿粉和聚氨酯丙烯酸酯类光敏树脂；中的有的石膏制品体积稳定性差，添加了微量纳米二氧化硅和氧化石墨烯，以提高石膏制备抗老化、强度、耐水性和耐化学性能。

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1、

(1)将70份β-半水石膏、3份二水硫酸钙晶须、4份水泥、0.03份氧化石墨烯和2份纳米二氧化硅均匀混合，得复合粉：

(2)滚筒推送步骤(1)的复合粉到建模平台，均匀铺上厚度＜0.075mm的一层，同时打印头喷射20份粘合剂固化复合粉，彩色喷墨打印头将2份颜料有选择喷射在铺好的粉材上，然后建模平台一层层降低，反复这个动作，直达磷石膏基户外景观完成。

所述粘合剂为湿磨水淬高炉矿渣与水溶性聚氨酯丙烯酸酯类光敏树脂的复合物，复合重量比为8:1。

所述颜料为无机复合颜料和氮掺杂纳米二氧化钛的混合物，无机复合颜料和氮掺杂纳米二氧化钛的重量比为9:0.5；

无机复合颜料根据产品的色彩具体需要选择镉红、镉黄、镉橙、铬铁绿、钴蓝、钴铬蓝、锌铁黄、铋黄、钛镍黄、钴绿、钴铬绿、钛铬棕、钴紫、钛黑、铜铬黒中的任意一种或任意多种的混合物。

制得的成品磷石膏基户外景观，取样进行检测，结果为：

抗压强度：24.3MPa；

色调均匀；

软化系数：0.92。

实施例2、同实施例1，不同的是，

(1)将85份磷石膏、8份二水硫酸钙晶须、2份水泥、0.01份氧化石墨烯和0.5份纳米二氧化硅均匀混合，得复合粉；

(2)滚筒推送步骤(1)的复合粉到建模平台，均匀铺上厚度＜0.075mm的一层，同时打印头喷射8份粘合剂固化复合粉，彩色喷墨打印头将2份颜料有选择喷射在铺好的粉材上，然后建模平台一层层降低，反复这个动作，直达磷石膏基户外景观完成。

所述粘合剂为湿磨水淬钢渣与水溶性聚氨酯丙烯酸酯类光敏树脂的复合物，复合重量比为8:2。

所述颜料为无机复合颜料和氮掺杂纳米二氧化钛的混合物，无机复合颜料和氮掺杂纳米二氧化钛的重量比为9.5:1；

制得成品磷石膏基户外景观，取样进行检测，结果为：

抗压强度：20.3MPa；

色调均匀；

软化系数：0.88。

实施例3、同实施例1，不同的是，

(1)将75份磷石膏、5份二水硫酸钙晶须、3份水泥、0.03份氧化石墨烯和2份纳米二氧化硅均匀混合，得复合粉；

(2)滚筒推送步骤(1)的复合粉到建模平台，均匀铺上厚度＜0.075mm的一层，同时打印头喷射15份粘合剂固化复合粉，彩色喷墨打印头将2份颜料有选择喷射在铺好的粉材上，然后建模平台一层层降低，反复这个动作，直达磷石膏基户外景观完成。

所述粘合剂为湿磨水淬钢渣与水溶性聚氨酯丙烯酸酯类光敏树脂的复合物，复合重量比为8:2。

所述颜料为无机复合颜料和氮掺杂纳米二氧化钛的混合物，无机复合颜料和氮掺杂纳米二氧化钛的重量比为9.5:1。

制得成品磷石膏基户外景观，取样进行检测，结果为：

抗压强度：21.5MPa；

色调均匀；

软化系数：0.94。

实施例4、同实施例1，不同的是，

(1)将75份磷石膏、6份硫酸铝、3份水泥、0.02份氧化石墨烯和2份纳米二氧化硅均匀混合，得复合粉；

(2)滚筒推送步骤(1)的复合粉到建模平台，均匀铺上厚度＜0.075mm的一层，同时打印头喷射12份粘合剂固化复合粉，彩色喷墨打印头将2份颜料有选择喷射在铺好的粉材上，然后建模平台一层层降低，反复这个动作，直达磷石膏基户外景观完成。

所述粘合剂为湿磨水淬高炉矿渣和湿磨粉煤灰与水溶性聚氨酯丙烯酸酯类光敏树脂的复合物，复合重量比为9:2。湿磨水淬高炉矿渣和湿磨粉煤灰的重量比为7:3。

所述颜料为无机复合颜料和氮掺杂纳米二氧化钛的混合物，无机复合颜料和氮掺杂纳米二氧化钛的重量比为9.5:0.5。

制得成品磷石膏基户外景观，取样进行检测，结果为：

抗压强度：25.1MPa；

色调均匀；

软化系数：0.92。

实施例5、同实施例1，不同的是，

(1)将80份磷石膏、7份二水硫酸钙晶须、3份水泥、0.03份氧化石墨烯和1份纳米二氧化硅均匀混合，得复合粉；

(2)滚筒推送步骤(1)的复合粉到建模平台，均匀铺上厚度＜0.075mm的一层，同时打印头喷射15份粘合剂固化复合粉，彩色喷墨打印头将2份颜料有选择喷射在铺好的粉材上，然后建模平台一层层降低，反复这个动作，直达磷石膏基户外景观完成。

所述粘合剂为湿磨水淬高炉矿渣、湿磨水淬钢渣与水溶性聚氨酯丙烯酸酯类光敏树脂的复合物，复合重量比为9:1；湿磨水淬高炉矿渣、湿磨水淬钢渣的重量比为7:3。

所述颜料为无机复合颜料和氮掺杂纳米二氧化钛的混合物，无机复合颜料和氮掺杂纳米二氧化钛的重量比为9.5:1。

制得成品磷石膏基户外景观，取样进行检测，结果为：

抗压强度：20.1MPa；

色调均匀；

软化系数：0.85。

实施例6、同实施例1，不同的是，

(1)将75份磷石膏、5份二水硫酸钙晶须、3份水泥、0.03份氧化石墨烯和2份纳米二氧化硅均匀混合，得复合粉；

(2)滚筒推送步骤(1)的复合粉到建模平台，均匀铺上厚度＜0.075mm的一层，同时打印头喷射15份粘合剂固化复合粉，彩色喷墨打印头将2份颜料有选择喷射在铺好的粉材上，然后建模平台一层层降低，反复这个动作，直达磷石膏基户外景观完成。

粘合剂选用湿磨水淬钢渣和湿磨粉煤灰与水溶性聚氨酯丙烯酸酯类光敏树脂按重量比8:2，湿磨水淬钢渣和湿磨粉煤灰的重量比为9:1。

无机复合颜料和无机功能颜料重量比为9.2:1。

所述颜料为无机复合颜料和氮掺杂纳米二氧化钛的混合物，无机复合颜料和氮掺杂纳米二氧化钛的重量比为9.5:0.5。

制得成品磷石膏基户外景观，取样进行检测，结果为：

抗压强度：19.3MPa；

色调均匀；

软化系数系数：0.85。

Claims (1)

1.一种3D打印的磷石膏基户外景观材料，其特征在于：由下述方法制备而成，制备的具体步骤如下：

(1)将重量份数为70-85份磷石膏、3-8份促凝剂、2-4份水泥、0.01-0.03份氧化石墨烯和0.5-2份纳米二氧化硅均匀混合，得复合粉：

所述磷石膏为β-半水石膏；

所述促凝剂为二水硫酸钙晶须或硫酸铝；

(2)滚筒推送步骤(1)的复合粉到建模平台，均匀铺上厚度＜0.075mm的一层，同时打印头喷射8-20份粘合剂固化复合粉，彩色喷墨打印头将2份颜料有选择喷射在铺好的粉材上，然后建模平台一层层降低，反复这个动作，直达磷石膏基户外景观完成；

所述粘合剂为湿磨水淬高炉矿渣、湿磨水淬钢渣和湿磨粉煤灰中的一种或几种与水溶性聚氨酯丙烯酸酯类光敏树脂的复合物，复合重量比为8-9:1-2；

所述颜料为无机复合颜料和无机功能颜料的混合物，无机复合颜料和无机功能颜料的重量比为9-9.5:0.5-1；

所述无机复合颜料为镉红、镉黄、镉橙、铬铁绿、钴蓝、钴铬蓝、锌铁黄、铋黄、钛镍黄、钴绿、钴铬绿、钛铬棕、钴紫、钛黑、铜铬黒中的任意一种或任意多种的混合物；

所述无机功能颜料为氮掺杂纳米二氧化钛。