CN109467385B - 一种抗菌环保3d打印陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及3D打印陶瓷材料，公开了一种抗菌环保3D打印陶瓷材料及其制备方法。该材料由以下组分及重量份组成：改性高岭土40‑60份、氧化铝20‑25份、氧化锆10‑15份、二氧化钛10‑15份、丙烯酸树脂8‑10份、酚醛环氧树脂3‑5份、TPO‑L0.3‑0.5份、三芳基硫鎓盐0.1‑0.3份、分散剂0.5‑1份。该材料能够吸附空气或水中的污染物和有害菌，在光照下可降解，并且该材料能够两次光照固化，成型效果好，适用于3D打印技术，制备方法工艺简单，可制作成瓷砖、过滤器或装饰品等一系列陶瓷制品，对3D打印陶瓷材料的开发及应用有实际意义。

Description

一种抗菌环保3D打印陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印陶瓷材料，尤其涉及一种抗菌环保3D打印陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
当今社会，健康是人们最关心的问题，空气或水中含有对人体有害的各种污染物，此外，建筑装饰材料中释放的各种有害物质也是危害人们健康的重要因素，目前，人们多选用空气净化器或净水器摆放在室内，达到净化空气和水的作用，但这些机器价格昂贵，需要电能驱动使用，并不经济环保，而且占用室内空间，不够美观，耗材如不及时更换，还易出现二次污染的问题。
申请号为201610628106.5的中国专利公开了一种环保型3D打印用粘土材料，包括以下质量配比的原料：粘土料：碳酸钙粉末：草木灰：特定合成剂：淀粉合成剂：水＝20-30：8-16：6-10：4-9：4-6：10-25；具有较高耐磨强度、冲击强度、抗震强度，塑性好，易成型，精度高等优点，适用于3D打印成型技术，所用原料资源丰富，可循环利用，但是，该材料没有抗菌和去除污染物的作用。
申请号为201611049167.2的中国专利公开了一种抑菌3D打印线材及其制备方法，所述制备方法包括：将水性环氧树脂、硝酸银和水混合后，过滤、烘干后得到抑菌树脂；将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料、所述抑菌树脂、聚乳酸、光敏树脂、尼龙、铝粉、陶瓷纤维、引发剂、交联剂和色料混合后熔融，形成熔融液M；将所述熔融液M拉丝成型得到所述抑菌3D打印线材，解决了3D打印材料长时间在潮湿环境中存放，其表面容易发霉的问题，也无法去除已有的污染物。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抗菌环保3D打印陶瓷材料及其制备方法，采用壳聚糖改性的高岭土和二氧化钛为原料，能够吸附空气或水中的污染物和有害菌，在光照下可降解，并且成型效果好，适用于3D打印技术。
本发明的具体技术方案为：该材料由以下组分及重量份组成：改性高岭土40-60份、氧化铝20-25份、氧化锆10-15份、二氧化钛10-15份、丙烯酸树脂8-10份、酚醛环氧树脂3-5份、TPO-L0.3-0.5份、三芳基硫鎓盐0.1-0.3份、分散剂0.5-1份；其中改性高岭土为壳聚糖表面包覆的高岭土。
作为优选，所述分散剂为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯中的一种或几种。
壳聚糖高温煅烧后能够形成有多孔结构的活性炭，能够吸附空气或水中的污染物和有害菌，二氧化钛有光催化效果，能够在紫外光下降解被吸附的污染物，不易出现吸附饱和导致二次污染的问题；该陶瓷材料是一种3D打印材料，无需原坯和模具，制作精度高，制作周期短，可以实现个性化制作，因此不仅可以制备成陶瓷砖或陶瓷颗粒，还能够制备成各种不同工艺摆件等装饰品，因此在去除有害物质的同时，还能达到美观实用的效果；高岭土表面包覆壳聚糖后，能够降低黏土颗粒间的黏性，有利于降低浆料黏度，方便成型过程中浆料的挤出。
该材料的制备方法包含以下步骤：
1）称取高岭土加入水中，超声分散10-30min，得到分散液；
2）在超声条件下，逐滴加入壳聚糖醋酸水溶液，继续超声5-10min，过滤后得改性高岭土；
3）将丙烯酸树脂、酚醛环氧树脂、TPO-L、三芳基硫鎓盐、分散剂按配方混合成均匀溶液，再按配方加入改性高岭土、氧化铝、氧化锆和二氧化钛，搅拌，制成浆料。
作为优选，所述步骤2）中壳聚糖和高岭土的质量比为1:0.1-0.2。
作为优选，所述步骤2）中醋酸水溶液浓度为2-4wt%。
作为优选，所述步骤2）中壳聚糖浓度为2-4wt%。
作为优选，所述步骤3）中搅拌为350-550r/min机械搅拌，搅拌时间30-50min。
作为优选，该材料的使用方法为：将材料装入3D打印机进行打印，采用高压汞灯对材料进行第一次光固化，第一次固化结束后，采用低压汞灯对材料进行第二次光固化，得到陶瓷生坯，将陶瓷生坯进行预排树脂后，进行烧结，得到陶瓷成品。
首先采用长波固化，穿透力强，适于有色厚膜层快速固化，支撑打印出的陶瓷填料不坍塌，但自由基聚合固化，树脂收缩率高，有氧气抑制作用，因此长波固化后，内部支撑作用良好，内部浆料和表面仍具有一定流动性，能够填充收缩造成的空隙，表面流平，并且能够降低内应力，再短波固化，适于表面固化，收缩率低，没有氧气抑制作用，产品表面平滑，有利于后期排胶烧结。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明采用壳聚糖改性的高岭土和二氧化钛为3D打印陶瓷材料的原料，能够吸附空气或水中的污染物和有害菌，在光照下可降解，并且该材料能够两次光照固化，成型效果好，适用于3D打印技术，制备方法工艺简单，可制作成瓷砖、过滤器或装饰品等一系列陶瓷制品，对3D打印陶瓷材料的开发及应用有实际意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
称取高岭土加入水中，超声分散30min，得到分散液；在超声条件下，逐滴加入壳聚糖醋酸水溶液，醋酸水溶液浓度为4wt%，壳聚糖浓度为3wt%，壳聚糖和高岭土的质量比为1:0.1，继续超声10min，过滤后得改性高岭土；将8份丙烯酸树脂、3份酚醛环氧树脂、0.3份TPO-L、0.1份三芳基硫鎓盐、0.8份丙烯酸酯按配方混合成均匀溶液，再按配方加入50份改性高岭土、25份氧化铝、15份氧化锆和15份二氧化钛，550r/min机械搅拌50min，制成浆料。
所得陶瓷制品相对密度为90%，维氏硬度10.2GPa，残碳量为1.5wt%。
实施例2
称取高岭土加入水中，超声分散10min，得到分散液；在超声条件下，逐滴加入壳聚糖醋酸水溶液，醋酸水溶液浓度为2wt%，壳聚糖浓度为2wt%，壳聚糖和高岭土的质量比为1:0.15，继续超声5min，过滤后得改性高岭土；将10份丙烯酸树脂、5份酚醛环氧树脂、0.5份TPO-L、0.3份三芳基硫鎓盐、0.5份甲基丙烯酸酯按配方混合成均匀溶液，再按配方加入60份改性高岭土、20份氧化铝、10份氧化锆和12份二氧化钛，400r/min机械搅拌30min，制成浆料。
所得陶瓷制品相对密度为92%，维氏硬度12GPa，残碳量为0.7wt%。
实施例3
称取高岭土加入水中，超声分散20min，得到分散液；在超声条件下，逐滴加入壳聚糖醋酸水溶液，醋酸水溶液浓度为3wt%，壳聚糖浓度为3wt%，壳聚糖和高岭土的质量比为1:0.1，继续超声7min，过滤后得改性高岭土；将9份丙烯酸树脂、4份酚醛环氧树脂、0.4份TPO-L、0.2份三芳基硫鎓盐、0.5份丙烯酸酯、0.5份甲基丙烯酸酯按配方混合成均匀溶液，再按配方加入40份改性高岭土、23份氧化铝、12份氧化锆和10份二氧化钛，350r/min机械搅拌40min，制成浆料。
所得陶瓷制品相对密度为91%，维氏硬度11.3GPa，残碳量为1.1wt%。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种抗菌环保3D打印陶瓷材料，其特征在于：该材料由以下组分及重量份组成：改性高岭土40-60份、氧化铝20-25份、氧化锆10-15份、二氧化钛10-15份、丙烯酸树脂8-10份、酚醛环氧树脂3-5份、TPO-L0.3-0.5份、三芳基硫鎓盐0.1-0.3份、分散剂0.5-1份；其中改性高岭土为壳聚糖表面包覆的高岭土；所述分散剂为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯中的一种或几种；
该材料的使用方法为：将材料装入3D打印机进行打印，采用高压汞灯对材料进行第一次光固化，第一次固化结束后，采用低压汞灯对材料进行第二次光固化，得到陶瓷生坯，将陶瓷生坯进行预排树脂后，进行烧结，得到陶瓷成品。
2.一种权利要求1所述的抗菌环保3D打印陶瓷材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包含以下步骤：
1）称取高岭土加入水中，超声分散10-30min，得到分散液；
2）在超声条件下，逐滴加入壳聚糖醋酸水溶液，继续超声5-10min，过滤后得改性高岭土；
3）将丙烯酸树脂、酚醛环氧树脂、TPO-L、三芳基硫鎓盐、分散剂按配方混合成均匀溶液，再按配方加入改性高岭土、氧化铝、氧化锆和二氧化钛，搅拌，制成浆料。
3.如权利要求2所述的抗菌环保3D打印陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中壳聚糖和高岭土的质量比为1:0.1-0.2。
4.如权利要求2所述的抗菌环保3D打印陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中醋酸水溶液浓度为2-4wt%。
5.如权利要求2或3或4所述的抗菌环保3D打印陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中壳聚糖浓度为2-4wt%。
6.如权利要求2所述的抗菌环保3D打印陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中搅拌为350-550r/min机械搅拌，搅拌时间30-50min。
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