CN108250704A - 一种3d打印的医用面罩专用树脂 - Google Patents

一种3d打印的医用面罩专用树脂 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子技术领域，具体涉及一种3D打印的医用面罩专用树脂及其制备与应用。本发明的3D打印用树脂，按重量份数计，其制备原料包括：聚乳酸40～60份，聚苯乙烯20～50份，增韧剂5～15份，分散剂1～5份，促进剂2～5份。本发明的3D打印用树脂具有优异的形状记忆性能、高强度和高韧性。此外，使用可生物降解的树脂，在废弃所述树脂时，能够降低环境负荷。

Description

一种3D打印的医用面罩专用树脂
技术领域
本发明属于高分子技术领域，具体涉及一种3D打印的医用面罩专用树脂及其制备与应用。
背景技术
近年来，对环境问题的关注越来越多。在这种情况下，为了减少导致全球变暖的二氧化碳，且作为枯竭资源石油的有效代替材料，基于生物质的树脂、特别是聚乳酸已经引起了注意。聚乳酸具有相对高的熔点(150～180℃)，且具有与聚苯乙烯相当的强度。因此，非常希望广泛地使用这种聚乳酸。然而，聚乳酸比基于石油的树脂更加昂贵，且除了具有比石油基树脂优越的环境相容性之外，没有机械性能。由于这类问题，聚乳酸尚未广泛使用。对于用于各种成形体的聚乳酸，重要的是向聚乳酸添加新功能，从而提高其附加值。
一种新功能可以是作为智能功能的形状记忆性能。所述形状记忆性能是如下的性能，其中在预定温度下材料能够变形，并通过将其冷却至室温能够固定这种期望的变形形状，且通过对其再次加热恢复至其原始形状。作为具有这种形状记忆性能的材料，常规已知形状记忆合金材料和形状记忆树脂。形状记忆合金用于管道接头、矫正牙齿等中，而形状记忆树脂用于热收缩管和层状材料、紧固销和医疗装置如石膏模型中。与形状记忆合金不同，形状记忆树脂具有下列优点。能够将所述树脂加工成复杂的形状，且所述树脂形状恢复效率高、质量轻、易于着色且成本低。因为这些优点，所以希望形状记忆树脂扩大应用领域。
形状记忆树脂的特点在于，由可逆相和固定相构成，所述可逆相由未交联部分构成并在预定温度以上(可逆相中的Tg或熔点)可流动，所述固定相由物理或化学结合的位点(交联点)构成。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种3D打印的医用面罩专用树脂及其制备与应用。
为了实现上述目的以及其他相关目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种3D打印用树脂，按重量份数计，其制备原料包括：聚乳酸40～60份，聚苯乙烯20～50份，增韧剂5～15份，分散剂1～5份，促进剂2～5份。
优选地，所述聚乳酸为左旋型，数均分子量为1～5万。所述聚乳酸可通过市购途径获得，例如，聚乳酸购自美国NatureWorks，牌号：2100-2P。
优选地，所述聚苯乙烯为接枝共聚高抗冲击性聚苯乙烯，且共聚物中苯乙烯组分含量占比93～97％。
更优选地，所述聚苯乙烯为马来酸酐接枝聚苯乙烯，所述马来酸酐接枝聚苯乙烯数均分子量在1～5万范围。所述聚苯乙烯可通过市购途径获得，例如，聚苯乙烯购自上海赛科251P。
优选地，所述增韧剂为聚丁二酸丁二醇酯，数均分子量在5000～10000。所述聚丁二酸丁二醇酯可通过市购途径获得，例如，聚丁二酸丁二醇酯日本大金ETFE EC-6519。
优选地，所述分散剂选自六偏磷酸钠、焦磷酸钠、聚丙烯酸钠盐、聚乙烯醇中的任一种或多种。
所述聚丙烯酸钠盐的分子量范围是500～5000。所述聚丙烯酸钠盐可通过市购途径获得，例如，日本东亚合成出品的ARONVIS聚丙烯酸钠。
所述聚乙烯醇的平均分子量为16000～20000。
优选地，所述促进剂选自正丁醛-苯胺缩合物(促进剂808)、乙酰丙酮、四甲基硫脲、乙酰丙酮钒中的任一种或多种。
本发明的第二方面，提供了前述3D打印用树脂的制备方法，包括步骤：
(1)按配方将聚乳酸、聚苯乙烯和分散剂加入到反应釜中，充分混合后烘干，熔融共混均匀，得混合物；
(2)将步骤(1)所得混合物与增韧剂、促进剂加入到研磨机中，研磨分散混合处理出料得到新的混合物；
(3)将步骤(2)所得新的混合物用双螺杆挤出机混合挤出造粒。
优选地，步骤(3)中，挤出机机筒一区至五区温度依次设定为：160～170℃，170～180℃，180～190℃，190～200℃，200～210℃，210～220℃，220～230℃，模头温度为220～230℃。
本发明的第三方面提供了前述3D打印用树脂在医用面罩3D打印领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的3D打印用树脂具有优异的形状记忆性能、高强度和高韧性。此外，使用可生物降解的树脂，在废弃所述树脂时，能够降低环境负荷。
具体实施方式
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
实施例1
本实施例中3D打印用树脂，按重量份数计，其制备原料包括：聚乳酸40份，聚苯乙烯20份，增韧剂15份，分散剂1份，促进剂2份。其中，聚乳酸购自美国NatureWorks，牌号：2100-2P；聚苯乙烯购自上海赛科251P；增韧剂为聚丁二酸丁二醇酯购自日本大金ETFE EC-6519；分散剂由六偏磷酸钠、焦磷酸钠组成，二者的质量比为1:1；促进剂为正丁醛-苯胺缩合物(促进剂808)。
本实施例中3D打印用树脂的制备方法，包括步骤：
(1)按配方将聚乳酸、聚苯乙烯和分散剂加入到反应釜中，充分混合后烘干，熔融共混均匀，得混合物；
(2)将步骤(1)所得混合物与增韧剂、促进剂加入到研磨机中，研磨分散混合处理1～2h出料得到新的混合物；
(3)将步骤(2)所得新的混合物用双螺杆挤出机混合挤出造粒，物料在挤出机里面停留时间为30分钟，挤出机机筒一区至五区温度依次设定为：160～170℃，170～180℃，180～190℃，190～200℃，200～210℃，210～220℃，220～230℃，模头温度为220～230℃。
实施例2
本实施例中3D打印用树脂，按重量份数计，其制备原料包括：聚乳酸60份，聚苯乙烯50份，增韧剂5份，分散剂5份，促进剂5份。其中，聚乳酸购自美国NatureWorks，牌号：2100-2P；聚苯乙烯购自上海赛科251P；增韧剂为聚丁二酸丁二醇酯购自日本大金ETFE EC-6519；分散剂由聚丙烯酸钠(日本东亚合成出品的ARONVIS)、聚乙烯醇(平均分子量为16000～20000)组成，二者的质量比为1:1；促进剂为乙酰丙酮。
本实施例中3D打印用树脂的制备方法，包括步骤：
(1)按配方将聚乳酸、聚苯乙烯和分散剂加入到反应釜中，充分混合后烘干，熔融共混均匀，得混合物；
(2)将步骤(1)所得混合物与增韧剂、促进剂加入到研磨机中，研磨分散混合处理1～2h出料得到新的混合物；
(3)将步骤(2)所得新的混合物用双螺杆挤出机混合挤出造粒，物料在挤出机里面停留时间为30分钟，挤出机机筒一区至五区温度依次设定为：160～170℃，170～180℃，180～190℃，190～200℃，200～210℃，210～220℃，220～230℃，模头温度为220～230℃。
实施例3
本实施例中3D打印用树脂，按重量份数计，其制备原料包括：聚乳酸60份，聚苯乙烯20份，增韧剂10份，分散剂2份，促进剂3份。其中，聚乳酸购自美国NatureWorks，牌号：2100-2P；聚苯乙烯购自上海赛科251P；增韧剂为聚丁二酸丁二醇酯购自日本大金ETFE EC-6519；分散剂由六偏磷酸钠、焦磷酸钠组成，六偏磷酸钠、焦磷酸的质量比为2:3；促进剂为四甲基硫脲。
本实施例中3D打印用树脂的制备方法，包括步骤：
(1)按配方将聚乳酸、聚苯乙烯和分散剂加入到反应釜中，充分混合后烘干，熔融共混均匀，得混合物；
(2)将步骤(1)所得混合物与增韧剂、促进剂加入到研磨机中，研磨分散混合处理1～2h出料得到新的混合物；
(3)将步骤(2)所得新的混合物用双螺杆挤出机混合挤出造粒，物料在挤出机里面停留时间为30分钟，挤出机机筒一区至五区温度依次设定为：160～170℃，170～180℃，180～190℃，190～200℃，200～210℃，210～220℃，220～230℃，模头温度为220～230℃。
实施例4
本实施例中3D打印用树脂，按重量份数计，其制备原料包括：聚乳酸40份，聚苯乙烯40份，增韧剂15份，分散剂5份，促进剂5份。其中，聚乳酸购自美国NatureWorks，牌号：2100-2P；聚苯乙烯购自上海赛科251P；增韧剂为聚丁二酸丁二醇酯购自日本大金ETFE EC-6519；分散剂由聚丙烯酸钠(日本东亚合成出品的ARONVIS)、聚乙烯醇(平均分子量为16000～20000)组成，聚丙烯酸钠与聚乙烯醇的质量比为3:2；促进剂为乙酰丙酮钒。
本实施例中3D打印用树脂的制备方法，包括步骤：
(1)按配方将聚乳酸、聚苯乙烯和分散剂加入到反应釜中，充分混合后烘干，熔融共混均匀，得混合物；
(2)将步骤(1)所得混合物与增韧剂、促进剂加入到研磨机中，研磨分散混合处理1～2h出料得到新的混合物；
(3)将步骤(2)所得新的混合物用双螺杆挤出机混合挤出造粒，物料在挤出机里面停留时间为30分钟，挤出机机筒一区至五区温度依次设定为：160～170℃，170～180℃，180～190℃，190～200℃，200～210℃，210～220℃，220～230℃，模头温度为220～230℃。
实施例5
实施列1～4所得树脂的物理及力学性能测试结果见表1：
表1
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种3D打印用树脂，按重量份数计，其制备原料包括：聚乳酸40～60份，聚苯乙烯20～50份，增韧剂5～15份，分散剂1～5份，促进剂2～5份。
2.根据权利要求1所述的3D打印用树脂，其特征在于，所述聚乳酸为左旋型，数均分子量为1～5万。
3.根据权利要求1所述的3D打印用树脂，其特征在于，所述聚苯乙烯为接枝共聚高抗冲击性聚苯乙烯，且共聚物中苯乙烯组分含量占比93～97％。
4.根据权利要求1所述的3D打印用树脂，其特征在于，所述聚苯乙烯为马来酸酐接枝聚苯乙烯，所述马来酸酐接枝聚苯乙烯数均分子量在1～5万范围。
5.根据权利要求1所述的3D打印用树脂，其特征在于，所述增韧剂为聚丁二酸丁二醇酯，数均分子量在5000～10000。
6.根据权利要求1所述的3D打印用树脂，其特征在于，所述分散剂选自六偏磷酸钠、焦磷酸钠、聚丙烯酸钠盐、聚乙烯醇中的任一种或多种。
7.根据权利要求1所述的3D打印用树脂，其特征在于，所述促进剂选自正丁醛-苯胺缩合物、乙酰丙酮、四甲基硫脲、乙酰丙酮钒中的任一种或多种。
8.如权利要求1～7任一项3D打印用树脂的制备方法，包括步骤：(1)按配方将聚乳酸、聚苯乙烯和分散剂加入到反应釜中，充分混合后烘干，熔融共混均匀，得混合物；(2)将步骤(1)所得混合物与增韧剂、促进剂加入到研磨机中，研磨分散混合处理出料得到新的混合物；(3)将步骤(2)所得新的混合物用双螺杆挤出机混合挤出造粒。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，挤出机机筒一区至五区温度依次设定为：160～170℃，170～180℃，180～190℃，190～200℃，200～210℃，210～220℃，220～230℃，模头温度为220～230℃。
10.如权利要求1～7任一项3D打印用树脂在医用面罩3D打印领域中的应用。
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