CN108373334B - 基于废瓷回收利用的3d打印浆料及其专用粘结剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于陶瓷3D打印技术领域，涉及基于废瓷回收利用的3D打印浆料及其专用粘结剂的制备方法。包括如下步骤:将废弃陶瓷球磨粉碎并过筛,得到粉末状的废瓷颗粒；将甲基纤维素、甘油、硼酸、去离子水按比例混合，并进行干混、湿混捏合，得到膏体状的水溶性粘结剂混合物；将水溶性粘结剂混合物加入到废瓷颗粒和土中，混匀捏合，然后加入到真空练泥机中练泥，得到混合料；将混合料进行陈腐，得到高浓度陶瓷浆料。本发明使得废旧陶瓷料得以废物利用，减轻了环境污染，此方法可降低陶瓷3D打印的成本。此方法工艺较为简单易于实现；并且制得的浆料的流变性较好，固相含量较高，可用于制备多种形状的陶瓷产品，具有很高的实际应用价值。

Description

基于废瓷回收利用的3D打印浆料及其专用粘结剂的制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷3D打印技术领域，涉及基于废瓷回收利用的3D打印浆料及其专用粘结剂的制备方法。
背景技术
我国是陶瓷生产大国，陶瓷工业属于高耗能、高污染的行业，其发展往往伴随着能源、环境、资源的负担加剧，原料过度开采已经对生态环境造成了严重破坏。同时，全国每年生产陶瓷约产生废弃物1000万吨，其中以固体废弃物为主。目前主要的处理方式是填埋处理，而陶瓷经过高温烧结后难以降解，对其进行填埋处理势必造成环境的严重负担。
目前陶瓷废弃物回收再利用现状不容乐观。由于日用陶瓷废弃物种类复杂、分布散乱，相应分类回收标准缺失，多被作为不可回收垃圾填埋，难以得到集中回收利用；生产厂区陶瓷废弃物多回收后制成瓷砖等建筑材料实现再次利用，受处理技术和运营成本的限制，再利用产物的经济效益较低，导致废瓷回收率较低。
随着3D打印技术的兴起，将陶瓷材料与3D打印技术结合的陶瓷3D打印技术为传统陶瓷行业注入了一股新的活力。陶瓷3D打印技术可以简化陶瓷制作工艺，降低制作成本，创造出自由度高、造型复杂、满足个性化需求的陶瓷制品，为陶瓷废弃物的回收利用和陶瓷行业的绿色发展提供新的方向。
发明内容
本发明针对传统陶瓷3D打印技术存在的问题，提出一种新型的基于废瓷回收利用的3D打印浆料及其专用粘结剂的制备方法。
为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：
一种3D打印浆料专用粘结剂,其特征在于，所述粘结剂以甲基纤维素作为粘合剂，甘油作为增塑剂，硼酸作为表面活性剂，去离子水作为溶剂，所述粘合剂、增塑剂、硼酸和水的质量份数分别为5-20份、0.01-5份、0.01-8份、70-90份。
一种基于废瓷回收利用的3D打印浆料制备方法,包括如下步骤:
（1）将废弃陶瓷球磨粉碎并过筛,得到粉末状的废瓷颗粒；
（2）将甲基纤维素、甘油、硼酸、去离子水按比例混合，并进行干混、湿混捏合，得到水溶性粘结剂混合物；
（3）将水溶性粘结剂混合物加入到废瓷颗粒和石英粉中，混匀捏合，然后加入到真空练泥机中练泥，得到混合料；
（4）将混合料进行陈腐，得到高浓度陶瓷浆料；
通过挤出式3D打印机螺旋式挤出头连续挤出高浓度陶瓷浆料，得到3D打印陶瓷坯体。
作为优选，所述步骤（1）中废瓷颗粒直径大小为70-90微米。
作为优选，所述步骤（3）中废瓷颗粒和石英粉的质量比例10:0.5-2，石英粉作为烧结助剂，捏合时间为1-2h，练泥时间为1-2h。
作为优选，所述步骤（4）中陈腐时间为20-28h。
本发明制备方法的具体制备过程如附图1所示。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明提出一种基于废瓷回收利用的3D打印浆料及其专用粘结剂制备方法，使得废弃陶瓷料得以废物利用，减轻了环境污染，此方法可降低陶瓷3D打印的成本。此方法工艺较为简单，对于废弃陶瓷的回收处理要求不高，3D打印设备简单且易于实现；并且制得的浆料的流变性较好，固相含量较高，可用于制备多种形状的陶瓷产品，具有很高的实际应用价值。
附图说明
图1为本发明制备方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1，本实施例提供基于废瓷回收利用的3D打印浆料制备方法的具体步骤，本实施例的原料组成为：作为粘合剂的粘度为800 甲基纤维18%，作为增塑剂的甘油1%，作为表面活性剂的硼酸0.6%，作为溶剂的水80.4%，以及质量分数约90%的废瓷粉体（废瓷颗粒和石英粉混合物），处理工序如下：
（1）废弃陶瓷进行球磨粉碎处理3h，过180目筛，得到颗粒直径为80-100μm的粉末状废瓷颗粒；
（2）进行粉末和液态助剂的配比，形成水溶性粘结剂体系。体系中以甲基纤维素作为粘合剂，以甘油作为增塑剂，以硼酸作为表面活性剂，以去离子水作为溶剂。上述原料质量分数如下：作为增塑剂的甘油1%，作为表面活性剂的硼酸0.6%，作为溶剂的水80.4%按照上述配比进行干混和湿混捏合后形成浆料状的粘结剂体系；
（3）向质量分数为90%的废瓷粉（废瓷颗粒和石英粉的混合物）中加入上述粘结剂体系，废瓷粉体积百分数占总混合物的50%，混匀捏合2h后，将混合料送入练泥1h，排除混合料中的空气，使其组织更均匀，增加混合料的可塑性和致密度；
（4）将混合料陈腐24h，使得混合料成为成分更加均匀的陶瓷浆料；
将过程上述制成的浆料放在挤出式3D打印机的送料管中，在气泵和电机的带动下，按照已建成的三维模型，通过螺旋式挤出头连续挤出，可以得到3D打印陶瓷坯体，该坯体能够较好地成型。
实施例2，本实施例提供基于废瓷回收利用的3D打印浆料制备方法的具体步骤，本实施例的原料组成为：作为粘结剂的粘度为1800 的甲基纤维8%，作为增塑剂的甘油1%，作为表面活性剂的硼酸0.6%，作为溶剂的水90.4%，以及质量分数约90%的废瓷粉体（废瓷颗粒和石英粉混合物），处理工序如下：
（1）废弃陶瓷进行球磨粉碎处理2h，过180目筛，得到颗粒直径为80-100μm的粉末状废瓷颗粒；
（2）进行粉末和液态助剂的配比，形成水溶性粘结剂体系。体系中以甲基纤维素作为粘合剂，以甘油作为增塑剂，以硼酸作为表面活性剂，以去离子水作为溶剂。上述原料质量分数如下：甲基纤维10%，甘油1%，硼酸0.6%，去离子水90.4%，按照上述配比进行干混和湿混捏合后形成浆料状的粘结剂体系；
（3）向质量分数为90%的废瓷粉（废瓷颗粒和石英粉的混合物）中加入上述粘结剂体系，废瓷粉体积百分数占总混合物的50%，混匀捏合1.5h后，将混合料送入练泥1.5h，排除混合料中的空气，使其组织更均匀，增加混合料的可塑性和致密度；
（4）将混合料陈腐20h，使得混合料成为成分更加均匀的陶瓷浆料；
将过程上述制成的浆料放在挤出式3D打印机的送料管中，在气泵和电机的带动下，按照已建成的三维模型，通过螺旋式挤出头连续挤出，可以得到3D打印陶瓷坯体，该坯体能够较好地成型。
针对实施例1和实施例2中的内容,设计对比例,其中对比例1中的操作步骤除了表1所示组分含量外,其余操作与实施例1完全相同；同样对比例2中的操作步骤除了表1所示组分含量外,其余操作与实施例2完全相同；将实施例1和实施例2所得结果汇总,并与对比例中所得结果进行比较，如下表1所示。
表1 实施例1和实施例2所得陶瓷浆料挤出成型情况
Figure 879818DEST_PATH_IMAGE001
根据实验结果可知，采用实施例1和实施例2中的配比得到的陶瓷浆料具有较好的挤出效果。当废瓷粉的加入比例即固相含量由50%增加到55%时，陶瓷浆料的粘度增大，流变性能降低，可塑性能降低，不易挤出成型；甲基纤维素作为粘合剂，其加入量和粘度也对陶瓷浆料的流变性能造成了较大的影响，当甲基纤维素的质量分数为5-15%，粘度为500-1200时，浆料的粘度适中，当甲基纤维素的质量分数增加到15-20%，粘度为1500-2000时时，浆料的粘度过大，不易挤出和成型。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种3D打印浆料专用粘结剂,其特征在于，所述粘结剂以甲基纤维素作为粘合剂，甘油作为增塑剂，硼酸作为表面活性剂，去离子水作为溶剂，所述粘合剂、增塑剂、硼酸和水的质量份数分别为5-20份、0.01-5份、0.01-8份、70-90份，
所述粘结剂中甲基纤维素的质量分数为5-15%，甲基纤维素的粘度为500-1200 mPa·s。
2.一种基于废瓷回收利用的3D打印浆料制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
（1）将废弃陶瓷球磨粉碎并过筛,得到粉末状的废瓷颗粒；
（2）将权利要求1中所述粘结剂的各组分混合，并进行干混、湿混捏合，得到水溶性粘结剂混合物；
（3）将水溶性粘结剂混合物加入到废瓷颗粒和石英粉中，混匀捏合，然后加入到真空练泥机中练泥，得到混合料，废瓷颗粒和石英粉混合物占总混合料体积的50%；
（4）将混合料进行陈腐，得到高浓度陶瓷浆料。
3.根据权利要求2所述基于废瓷回收利用的3D打印浆料制备方法,其特征在于，所述步骤（1）中废瓷颗粒直径大小为70-90微米。
4.根据权利要求2所述基于废瓷回收利用的3D打印浆料制备方法,其特征在于，所述步骤（3）中废瓷颗粒和石英粉的质量比例10:0.5-2，捏合时间为1-2h，练泥时间为1-2h。
5.根据权利要求2所述基于废瓷回收利用的3D打印浆料制备方法,其特征在于，所述步骤（4）中陈腐时间为20-28h。
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