CN112980211A - 一种具有抑菌功效的3d打印材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有抑菌功效的3D打印材料及其制备方法，其3D打印材料由以下重量份的原料组成：聚丙交酯45份、粘结剂6份、碳酸锂2份、分散剂2份、金属粉末22份、相容剂4份、树脂50份、交联剂4份、偶联剂1份、木质素磺酸钠6份、助剂5份、纳米碳化硅16份、抗氧剂2份；其制备方法包括以下步骤：S1：称取原料；S2：将聚丙交酯、碳酸锂、金属粉末和树脂投放到混合容器内高速打散混合，得到主料；S3：将分散剂、相容剂、交联剂和粘结剂依次并间隔投放到主料中，高速打散混合。本发明设计制备的3D打印材料具备优良的抗菌抑菌效果，可将3D打印技术推广至医疗、食品、生活用品等领域，且更加环保、亲民，具有广阔的发展前景。

Description

一种具有抑菌功效的3D打印材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种具有抑菌功效的3D打印材料及其制备方法。
背景技术
随着3D打印技术日新月异的发展，3D打印的概念逐渐被公众知悉。FDM技术是利用ABS，PC，PPSF、PLA以及其它热塑性材料受到加热挤压成为半熔融状态的细丝，由沉积在层层堆栈基础上的方式，从3DCAD资料直接建构原型。该技术通常应用于塑型，装配，功能性测试以及概念设计。此外，FDM技术可以应用于打样与快速制造。经检索，申请号为201610340829.5的中国专利公开了一种具有抑菌功效的3D打印材料及其制备方法，该3D打印材料按照重量份数包括以下组分制成：ABS120～140份；光扩散剂2～8份；引发剂2～8份；交联剂10～20份；偶联剂10～20份；蛤壳粉10～30份；单质硫2～8份；麦饭石粉1～4份；核桃壳超微粉1～4份；柠檬烯1～6份；植物克生素4～20份；甜叶菊提取物2～8份；助剂0.2～0.4份。该设计从3D打印材料方面，极大拓展了以ABS为主要原料的3D打印材料的应用发展空间，意义显著；
但是，现有的3D打印材料成品大多为塑胶类产品，也具有了塑胶类产品的降解周期长的特性，且大多不具备抗菌效果，导致现有3D打印产品成本高、推广困难，不利于推广发展。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种具有抑菌功效的3D打印材料及其制备方法。
本发明提出的一种具有抑菌功效的3D打印材料，所述3D打印材料由以下重量份的原料组成：聚丙交酯45～52份、粘结剂6～13份、碳酸锂2～5份、分散剂2～4份、金属粉末22～25份、相容剂4～6份、树脂50～55份、交联剂4～8份、偶联剂1～4份、木质素磺酸钠6～9份、助剂5～7份、纳米碳化硅16～18份、抗氧剂2～4份。
优选的，所述3D打印材料由以下重量份的原料组成：聚丙交酯47～50份、粘结剂7～11份、碳酸锂3～4份、分散剂2.6～3.4份、金属粉末23～24份、相容剂4.3～5.7份、树脂52～54份、交联剂5～7份、偶联剂2～3份、木质素磺酸钠7～8份、助剂5.6～6.4份、纳米碳化硅16.7～17.3份、抗氧剂2.3～3.7份。
优选的，所述3D打印材料由以下重量份的原料组成：聚丙交酯48份、粘结剂9份、碳酸锂3.5份、分散剂3份、金属粉末23.5份、相容剂5份、树脂53份、交联剂6份、偶联剂2.5份、木质素磺酸钠7.5份、助剂6份、纳米碳化硅17份、抗氧剂3份。
优选的，所述的金属粉末为氧化锌粉末，且氧化锌粉末为纳米粉末。
优选的，所述的粘结剂为氟硅酸钠、过硫酸钙、亚硫酸钾、硅酸钠的等质量混合物。
优选的，所述的助剂为磷酸三苯酯、磷酸三苯酯、邻苯二甲酸二丁酯、低分聚酰胺的等质量混合物。
本发明还提出了一种具有抑菌功效的3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：选取电子天平，并将依次称取以下各原料：聚丙交酯、粘结剂、碳酸锂、分散剂、金属粉末、相容剂、树脂、交联剂、偶联剂、木质素磺酸钠、助剂、纳米碳化硅、抗氧剂，备用；
步骤S2：将步骤S1中所述称取的聚丙交酯、碳酸锂、金属粉末和树脂投放到混合容器内进行高速打散混合，得到主料，备用；
步骤S3：将步骤S1中所述称取的分散剂、相容剂、交联剂和粘结剂依次并间隔投放到步骤S2中所述的主料中，进行高速打散混合，得到初步混合物，备用；
步骤S4：将步骤S3中所述的初步混合物投放到双螺杆挤出机中进行一次挤出动作，然后再与步骤S1中所述称取的纳米碳化硅、木质素磺酸钠再次投放到双螺杆挤出机中进行二次挤出动作，得到中间物；
步骤S5：待步骤S4中的中间物温度降低10～15摄氏度后，将步骤S1中所述称取的偶联剂、抗氧剂、助剂与降温后的中间物再次进行挤出处理，得到最终混合物，备用；
步骤S6：将步骤S5中所述的最终混合物铺平后进行低压烘干并光照处理，待其干燥后对其进行高速破碎和制粉处理，得到具有抑菌功效的3D打印材料。
优选的，所述步骤S6中，最终混合物的烘干环境为15～30帕、75～90摄氏度。
优选的，所述步骤S6中，最终混合物的光照处理选用80000～120000勒克斯的紫外线。
本发明的有益效果是：通过在该3D打印材料的原料中加入聚丙交酯和氧化锌作为主要原料，并以碳酸锂和纳米碳化硅作为辅助材料，其中聚丙交酯是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，是一种新型的生物降解材料，更加环保，利于后期自然或人工降解，氧化锌和碳酸锂均具备良好的抗菌、抑菌效果，提高了该3D打印材料的抗菌效果；
通过向该3D打印材料的原料中加入由磷酸三苯酯、磷酸三苯酯、邻苯二甲酸二丁酯、低分聚酰胺构成的助剂，可有效增加胶层的柔韧性，提高胶层的冲击韧性，改善黏合剂的流动性，并从面改善胶层的弹性；
本发明设计制备的3D打印材料具备优良的抗菌抑菌效果，可将3D打印技术推广至医疗、食品、生活用品等领域，且更加环保、亲民，具有广阔的发展前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
一种具有抑菌功效的3D打印材料，所述3D打印材料由以下重量份的原料组成：聚丙交酯45份、粘结剂6份、碳酸锂2份、分散剂2份、金属粉末22份、相容剂4份、树脂50份、交联剂4份、偶联剂1份、木质素磺酸钠6份、助剂5份、纳米碳化硅16份、抗氧剂2份。
本实施例中，所述的金属粉末为氧化锌粉末，且氧化锌粉末为纳米粉末，粘结剂为氟硅酸钠、过硫酸钙、亚硫酸钾、硅酸钠的等质量混合物。
本实施例中，所述的助剂为磷酸三苯酯、磷酸三苯酯、邻苯二甲酸二丁酯、低分聚酰胺的等质量混合物。
本实施例还提出了一种具有抑菌功效的3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：选取电子天平，并将依次称取以下各原料：聚丙交酯、粘结剂、碳酸锂、分散剂、金属粉末、相容剂、树脂、交联剂、偶联剂、木质素磺酸钠、助剂、纳米碳化硅、抗氧剂，备用；
步骤S2：将步骤S1中所述称取的聚丙交酯、碳酸锂、金属粉末和树脂投放到混合容器内进行高速打散混合，得到主料，备用；
步骤S3：将步骤S1中所述称取的分散剂、相容剂、交联剂和粘结剂依次并间隔投放到步骤S2中所述的主料中，进行高速打散混合，得到初步混合物，备用；
步骤S4：将步骤S3中所述的初步混合物投放到双螺杆挤出机中进行一次挤出动作，然后再与步骤S1中所述称取的纳米碳化硅、木质素磺酸钠再次投放到双螺杆挤出机中进行二次挤出动作，得到中间物；
步骤S5：待步骤S4中的中间物温度降低10摄氏度后，将步骤S1中所述称取的偶联剂、抗氧剂、助剂与降温后的中间物再次进行挤出处理，得到最终混合物，备用；
步骤S6：将步骤S5中所述的最终混合物铺平后进行低压烘干并光照处理，待其干燥后对其进行高速破碎和制粉处理，得到具有抑菌功效的3D打印材料。
本实施例中，在步骤S6中，最终混合物的烘干环境为15帕、75摄氏度，在步骤S6中，最终混合物的光照处理选用80000勒克斯的紫外线。
实施例二
一种具有抑菌功效的3D打印材料，所述3D打印材料由以下重量份的原料组成：聚丙交酯47份、粘结剂7份、碳酸锂3份、分散剂2.6份、金属粉末23份、相容剂4.3份、树脂52份、交联剂5份、偶联剂2份、木质素磺酸钠7份、助剂5.6份、纳米碳化硅16.7份、抗氧剂2.3份。
本实施例中，所述的金属粉末为氧化锌粉末，且氧化锌粉末为纳米粉末，粘结剂为氟硅酸钠、过硫酸钙、亚硫酸钾、硅酸钠的等质量混合物。
本实施例中，所述的助剂为磷酸三苯酯、磷酸三苯酯、邻苯二甲酸二丁酯、低分聚酰胺的等质量混合物。
本实施例还提出了一种具有抑菌功效的3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：选取电子天平，并将依次称取以下各原料：聚丙交酯、粘结剂、碳酸锂、分散剂、金属粉末、相容剂、树脂、交联剂、偶联剂、木质素磺酸钠、助剂、纳米碳化硅、抗氧剂，备用；
步骤S2：将步骤S1中所述称取的聚丙交酯、碳酸锂、金属粉末和树脂投放到混合容器内进行高速打散混合，得到主料，备用；
步骤S3：将步骤S1中所述称取的分散剂、相容剂、交联剂和粘结剂依次并间隔投放到步骤S2中所述的主料中，进行高速打散混合，得到初步混合物，备用；
步骤S4：将步骤S3中所述的初步混合物投放到双螺杆挤出机中进行一次挤出动作，然后再与步骤S1中所述称取的纳米碳化硅、木质素磺酸钠再次投放到双螺杆挤出机中进行二次挤出动作，得到中间物；
步骤S5：待步骤S4中的中间物温度降低10～15摄氏度后，将步骤S1中所述称取的偶联剂、抗氧剂、助剂与降温后的中间物再次进行挤出处理，得到最终混合物，备用；
步骤S6：将步骤S5中所述的最终混合物铺平后进行低压烘干并光照处理，待其干燥后对其进行高速破碎和制粉处理，得到具有抑菌功效的3D打印材料。
本实施例中，在步骤S6中，最终混合物的烘干环境为20帕、80摄氏度，在步骤S6中，最终混合物的光照处理选用90000勒克斯的紫外线。
实施例三
一种具有抑菌功效的3D打印材料，所述3D打印材料由以下重量份的原料组成：聚丙交酯48份、粘结剂9份、碳酸锂3.5份、分散剂3份、金属粉末23.5份、相容剂5份、树脂53份、交联剂6份、偶联剂2.5份、木质素磺酸钠7.5份、助剂6份、纳米碳化硅17份、抗氧剂3份。
本实施例中，所述的金属粉末为氧化锌粉末，且氧化锌粉末为纳米粉末，粘结剂为氟硅酸钠、过硫酸钙、亚硫酸钾、硅酸钠的等质量混合物。
本实施例中，所述的助剂为磷酸三苯酯、磷酸三苯酯、邻苯二甲酸二丁酯、低分聚酰胺的等质量混合物。
本实施例还提出了一种具有抑菌功效的3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：选取电子天平，并将依次称取以下各原料：聚丙交酯、粘结剂、碳酸锂、分散剂、金属粉末、相容剂、树脂、交联剂、偶联剂、木质素磺酸钠、助剂、纳米碳化硅、抗氧剂，备用；
步骤S2：将步骤S1中所述称取的聚丙交酯、碳酸锂、金属粉末和树脂投放到混合容器内进行高速打散混合，得到主料，备用；
步骤S3：将步骤S1中所述称取的分散剂、相容剂、交联剂和粘结剂依次并间隔投放到步骤S2中所述的主料中，进行高速打散混合，得到初步混合物，备用；
步骤S4：将步骤S3中所述的初步混合物投放到双螺杆挤出机中进行一次挤出动作，然后再与步骤S1中所述称取的纳米碳化硅、木质素磺酸钠再次投放到双螺杆挤出机中进行二次挤出动作，得到中间物；
步骤S5：待步骤S4中的中间物温度降低15摄氏度后，将步骤S1中所述称取的偶联剂、抗氧剂、助剂与降温后的中间物再次进行挤出处理，得到最终混合物，备用；
步骤S6：将步骤S5中所述的最终混合物铺平后进行低压烘干并光照处理，待其干燥后对其进行高速破碎和制粉处理，得到具有抑菌功效的3D打印材料。
本实施例中，在步骤S6中，最终混合物的烘干环境为20帕、85摄氏度，在步骤S6中，最终混合物的光照处理选用90000勒克斯的紫外线。
实施例四
一种具有抑菌功效的3D打印材料，所述3D打印材料由以下重量份的原料组成：聚丙交酯50份、粘结剂11份、碳酸锂4份、分散剂3.4份、金属粉末24份、相容剂5.7份、树脂54份、交联剂7份、偶联剂3份、木质素磺酸钠8份、助剂6.4份、纳米碳化硅17.3份、抗氧剂3.7份。
本实施例中，所述的金属粉末为氧化锌粉末，且氧化锌粉末为纳米粉末，粘结剂为氟硅酸钠、过硫酸钙、亚硫酸钾、硅酸钠的等质量混合物。
本实施例中，所述的助剂为磷酸三苯酯、磷酸三苯酯、邻苯二甲酸二丁酯、低分聚酰胺的等质量混合物。
本实施例还提出了一种具有抑菌功效的3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：选取电子天平，并将依次称取以下各原料：聚丙交酯、粘结剂、碳酸锂、分散剂、金属粉末、相容剂、树脂、交联剂、偶联剂、木质素磺酸钠、助剂、纳米碳化硅、抗氧剂，备用；
步骤S2：将步骤S1中所述称取的聚丙交酯、碳酸锂、金属粉末和树脂投放到混合容器内进行高速打散混合，得到主料，备用；
步骤S3：将步骤S1中所述称取的分散剂、相容剂、交联剂和粘结剂依次并间隔投放到步骤S2中所述的主料中，进行高速打散混合，得到初步混合物，备用；
步骤S4：将步骤S3中所述的初步混合物投放到双螺杆挤出机中进行一次挤出动作，然后再与步骤S1中所述称取的纳米碳化硅、木质素磺酸钠再次投放到双螺杆挤出机中进行二次挤出动作，得到中间物；
步骤S5：待步骤S4中的中间物温度降低15摄氏度后，将步骤S1中所述称取的偶联剂、抗氧剂、助剂与降温后的中间物再次进行挤出处理，得到最终混合物，备用；
步骤S6：将步骤S5中所述的最终混合物铺平后进行低压烘干并光照处理，待其干燥后对其进行高速破碎和制粉处理，得到具有抑菌功效的3D打印材料。
本实施例中，在步骤S6中，最终混合物的烘干环境为30帕、85摄氏度，在步骤S6中，最终混合物的光照处理选用100000勒克斯的紫外线。
实施例五
一种具有抑菌功效的3D打印材料，所述3D打印材料由以下重量份的原料组成：聚丙交酯52份、粘结剂13份、碳酸锂5份、分散剂4份、金属粉末25份、相容剂6份、树脂55份、交联剂8份、偶联剂4份、木质素磺酸钠9份、助剂7份、纳米碳化硅18份、抗氧剂4份。
本实施例中，所述的金属粉末为氧化锌粉末，且氧化锌粉末为纳米粉末，粘结剂为氟硅酸钠、过硫酸钙、亚硫酸钾、硅酸钠的等质量混合物。
本实施例中，所述的助剂为磷酸三苯酯、磷酸三苯酯、邻苯二甲酸二丁酯、低分聚酰胺的等质量混合物。
本实施例还提出了一种具有抑菌功效的3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：选取电子天平，并将依次称取以下各原料：聚丙交酯、粘结剂、碳酸锂、分散剂、金属粉末、相容剂、树脂、交联剂、偶联剂、木质素磺酸钠、助剂、纳米碳化硅、抗氧剂，备用；
步骤S2：将步骤S1中所述称取的聚丙交酯、碳酸锂、金属粉末和树脂投放到混合容器内进行高速打散混合，得到主料，备用；
步骤S3：将步骤S1中所述称取的分散剂、相容剂、交联剂和粘结剂依次并间隔投放到步骤S2中所述的主料中，进行高速打散混合，得到初步混合物，备用；
步骤S4：将步骤S3中所述的初步混合物投放到双螺杆挤出机中进行一次挤出动作，然后再与步骤S1中所述称取的纳米碳化硅、木质素磺酸钠再次投放到双螺杆挤出机中进行二次挤出动作，得到中间物；
步骤S5：待步骤S4中的中间物温度降低15摄氏度后，将步骤S1中所述称取的偶联剂、抗氧剂、助剂与降温后的中间物再次进行挤出处理，得到最终混合物，备用；
步骤S6：将步骤S5中所述的最终混合物铺平后进行低压烘干并光照处理，待其干燥后对其进行高速破碎和制粉处理，得到具有抑菌功效的3D打印材料。
本实施例中，在步骤S6中，最终混合物的烘干环境为30帕、90摄氏度，在步骤S6中，最终混合物的光照处理选用120000勒克斯的紫外线。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有抑菌功效的3D打印材料，其特征在于，所述3D打印材料由以下重量份的原料组成：聚丙交酯45～52份、粘结剂6～13份、碳酸锂2～5份、分散剂2～4份、金属粉末22～25份、相容剂4～6份、树脂50～55份、交联剂4～8份、偶联剂1～4份、木质素磺酸钠6～9份、助剂5～7份、纳米碳化硅16～18份、抗氧剂2～4份。
2.根据权利要求1所述的一种具有抑菌功效的3D打印材料，其特征在于，所述3D打印材料由以下重量份的原料组成：聚丙交酯47～50份、粘结剂7～11份、碳酸锂3～4份、分散剂2.6～3.4份、金属粉末23～24份、相容剂4.3～5.7份、树脂52～54份、交联剂5～7份、偶联剂2～3份、木质素磺酸钠7～8份、助剂5.6～6.4份、纳米碳化硅16.7～17.3份、抗氧剂2.3～3.7份。
3.根据权利要求1所述的一种具有抑菌功效的3D打印材料，其特征在于，所述3D打印材料由以下重量份的原料组成：聚丙交酯48份、粘结剂9份、碳酸锂3.5份、分散剂3份、金属粉末23.5份、相容剂5份、树脂53份、交联剂6份、偶联剂2.5份、木质素磺酸钠7.5份、助剂6份、纳米碳化硅17份、抗氧剂3份。
4.根据权利要求1所述的一种具有抑菌功效的3D打印材料，其特征在于，所述的金属粉末为氧化锌粉末，且氧化锌粉末为纳米粉末。
5.根据权利要求1所述的一种具有抑菌功效的3D打印材料，其特征在于，所述的粘结剂为氟硅酸钠、过硫酸钙、亚硫酸钾、硅酸钠的等质量混合物。
6.根据权利要求1所述的一种具有抑菌功效的3D打印材料，其特征在于，所述的助剂为磷酸三苯酯、磷酸三苯酯、邻苯二甲酸二丁酯、低分聚酰胺的等质量混合物。
7.根据权利要求1～6任一所述的一种具有抑菌功效的3D打印材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：选取电子天平，并将依次称取以下各原料：聚丙交酯、粘结剂、碳酸锂、分散剂、金属粉末、相容剂、树脂、交联剂、偶联剂、木质素磺酸钠、助剂、纳米碳化硅、抗氧剂，备用；
步骤S2：将步骤S1中所述称取的聚丙交酯、碳酸锂、金属粉末和树脂投放到混合容器内进行高速打散混合，得到主料，备用；
步骤S3：将步骤S1中所述称取的分散剂、相容剂、交联剂和粘结剂依次并间隔投放到步骤S2中所述的主料中，进行高速打散混合，得到初步混合物，备用；
步骤S4：将步骤S3中所述的初步混合物投放到双螺杆挤出机中进行一次挤出动作，然后再与步骤S1中所述称取的纳米碳化硅、木质素磺酸钠再次投放到双螺杆挤出机中进行二次挤出动作，得到中间物；
步骤S5：待步骤S4中的中间物温度降低10～15摄氏度后，将步骤S1中所述称取的偶联剂、抗氧剂、助剂与降温后的中间物再次进行挤出处理，得到最终混合物，备用；
步骤S6：将步骤S5中所述的最终混合物铺平后进行低压烘干并光照处理，待其干燥后对其进行高速破碎和制粉处理，得到具有抑菌功效的3D打印材料。
8.根据权利要求7所述的一种具有抑菌功效的3D打印材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，最终混合物的烘干环境为15～30帕、75～90摄氏度。
9.根据权利要求7所述的一种具有抑菌功效的3D打印材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，最终混合物的光照处理选用80000～120000勒克斯的紫外线。
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