CN114015213A - 一种用于生物全降解的3d打印线材改性pga复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于生物全降解的3d打印线材改性pga复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114015213A
CN114015213A CN202111354716.8A CN202111354716A CN114015213A CN 114015213 A CN114015213 A CN 114015213A CN 202111354716 A CN202111354716 A CN 202111354716A CN 114015213 A CN114015213 A CN 114015213A
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite material
pga
printing wire
parts
modified
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111354716.8A
Other languages
English (en)
Inventor
黄家屏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou Minghui New Material Co ltd
Original Assignee
Guangzhou Minghui New Material Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Minghui New Material Co ltd filed Critical Guangzhou Minghui New Material Co ltd
Priority to CN202111354716.8A priority Critical patent/CN114015213A/zh
Publication of CN114015213A publication Critical patent/CN114015213A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/04Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids, e.g. lactones
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F283/00Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G
    • C08F283/02Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polycarbonates or saturated polyesters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00Properties
    • C08L2201/06Biodegradable
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00Properties
    • C08L2201/08Stabilised against heat, light or radiation or oxydation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

本发明涉及生物全降解PGA复合材料改性技术领域,目的是提供一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料及其制备方法,本发明选择了PGA作为基体树脂,采用PHA复合材料为增韧剂,十聚甘油为增塑剂,物理共混后,在3D打印线材挤出机中进行熔融共混,得到PGA/PHA复合材料;本发明得到的PGA/PHA复合材料具有全生物降解、高韧性、高耐温、高强度且易于加工的优点。

Description

一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料及其制 备方法
技术领域
本发明涉及生物全降解PGA复合材料改性技术领域,更具体地说,它涉 及一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料及其制备方法。
背景技术
PGA材料是一种新型的生物全降解材料,全称为聚乙醇酸,化学结构式 为聚羟基乙酸。与常见的聚乳酸、PBAT相比,PGA具有全自然域降解、高阻 隔性、高强度、高耐热等特点,因此有着广阔的应用领域与发展前景。
目前PGA产品由于具有较好的气体阻隔性、生物相容性和可降解性,在 医用缝合线和组织修复等领域已经得到了应用。但一方面由于其材料生产技 术壁垒高,成本单价高,国内企业占有率不足10%,另一方面其材料结构刚 度高,缺少柔韧性,材料加工难度大,使用技术门槛高,因此难以广泛推广 应用。而在近年来的3D打印行业发展迅速,而常用的PLA材料的降解性得到 一定的质疑,基于环保要求,因此生物全降解将会成为3D打印行业的重要发 展方向。
现有PGA材料存在高刚性、高强度的优点,但在分子量达到1万左右时, 强度不足,仅可用于医用缝合线。而当分子量达到4-13万时候,PGA材料具 有很高的结晶度,而且加工温度和分解温度非常接近,因此常常在加工过程 伴随着材料的快速降解。而采用常见的PBAT或者PBS增韧改性,则会影响 PGA材料的全降解性能,限制了生物全降解方向的应用。
因此,研发一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料十分有 必要。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种用于生物全降解 的3D打印线材改性PGA复合材料,具有可生物全降解、高耐热、高强度且便 于加工的优点。
本发明的另一目的在于提供一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA 复合材料的制备方法。
为实现上述目的,本发明提供了一种用于生物全降解的3D打印线材改性 PGA复合材料,按质量份数计,由以下原料制备而成:PGA 61-75份;PHA复合 材料21-31份;聚甘油5-9份;润滑剂0.5-1.5份。
可选的,按质量份数计,由以下原料制备而成:PGA 73份;PHA复合材料 21份;聚甘油5份;润滑剂1份。
可选的,所述PGA为线性分子链结构,及优选分子量为5万-20万。
可选的,按质量分数计,所述PHA复合材料中GMA接枝PHB共聚物含量为 33-45%,优选为37%。
可选的,所述GMA接枝PHB共聚物中GMA接枝PHB的接枝率为0.9-1.5%。
可选的,所述聚甘油为十聚甘油、六聚甘油及二聚甘油中的一种或复合 物。
可选的,所述润滑剂为硬脂酸镁、硬脂酸锌及硬脂酸钙中的一种或复合 物。
可选的,一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料的制备方法, 所述制备方法包括以下步骤:
(1)以过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂,将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA) 单体接枝到聚-3-羟基丁酸酯(PHB)上,然后与3-羟基丁酸和4-羟基丁酸共 聚物(P3HB4HB)进行共混改性得到PHA复合材料;
(2)将PGA、PHA复合材料、聚甘油、润滑剂共混熔融挤出造粒,得到用 于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料。
本发明的原理为:选择PGA作为基体树脂,采用PHA(聚羟基烷酸酯) 复合材料为增韧剂,十聚甘油为增塑剂,物理共混后,在3D打印线材挤出机 中进行熔融共混,得到3D打印用PGA/PHA复合材料,丝径为1.75mm、3.0mm 或者其他尺寸。其中PHA复合材料制备过程如下:以过氧化二异丙苯(DCP) 为引发剂,将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)单体接枝到聚-3-羟基丁酸酯 (PHB)上,然后与3-羟基丁酸和4-羟基丁酸共聚物(P3HB4HB)进行共混改 性得到PHA复合材料。
PHA材料也是一种含有多种聚酯的热塑性生物全降解材料,在无需堆肥 的情况下,半年左右在自然环境中即可完全分解为二氧化碳和水。采用GMA 接枝的方式一方面可以提高PHA材料的耐温性,另一方面可以提高了与PGA 主体树脂的相容性。而采用与改性PHA材料进行共混,可以提高PHA复合的 柔韧性,特别是材料的断裂伸长应变,有利于对PGA进行改性,保证PGA/PHA 复合材料的加工性能,满足3D打印线材的生产要求。而其他功能性助剂均为 天然环保材料,均符合目前在工业堆肥或海水条件下的生物全降解方面的要求。
本发明相对于现有技术具有如下的优点:可全生物降解、高韧性、高耐 温、高强度且易于加工。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述,但本发明要求保护的范围并 不局限于实施例表述的范围。
本发明实施例1~4的配方如下:
表1 不同实施例的配方数据表
Figure BDA0003356846410000031
Figure BDA0003356846410000041
实施例1~4所述的用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料的制备 方法包括以下步骤:
(1)以20g过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂,将280-350g甲基丙烯酸缩水 甘油酯(GMA)单体与2kg聚-3-羟基丁酸酯(PHB)聚合物,通入氮气进行保护, 在200MPa的压力下缓慢搅拌,在反应釜中预热至60℃,保温30分钟;然后 提高温度至160-190℃,反应时间为3小时,停止加热,至反应物冷却至50℃, 排出相应的水后减压至常压,取出固体后粉碎,在60℃的温度下真空干燥4 小时,得到改性PHB粉末;然后将30%的改性PHB粉末与70%的3-羟基丁酸 和4-羟基丁酸共聚物(P3HB4HB)在140-160℃的条件下进行共混熔融挤出, 得到PHA复合材料;
(2)将PGA、PHA复合材料、十聚甘油、硬脂酸镁共混熔融挤出造粒,得 到用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料。
将实施例1~4的3D打印线材改性PGA复合材料进行堆肥填埋,得到如下降 解数据:
表2 不同材料的堆肥填埋分解数据表
Figure BDA0003356846410000042
Figure BDA0003356846410000051
从表2可以看出:实施例1~4的3D打印线材改性PGA复合材料在堆肥填 埋15天后分解率约为18%,30天后分解率约为37%,45天后分解率约为55%, 60天后分解率约为75%,75天后分解率约为90%,90天后分解率在99%以上。
对比例1为PLA材质的3D打印线材,对比例2为ABS材质的3D打印线材,对 比例3为PLA材质的3D打印线材。
将实施例1~4的3D打印线材改性PGA复合材料及对比例1~3的3D打印线材 进行机械性能及降解性能测试,得到如下数据:
表3 不同3D打印线材的性能数据表
Figure BDA0003356846410000052
其中,测试3D打印线材的线径为1.75mm。生物分解率测试依据GB/T 19277.1-2011的方法进行,参比材料为微晶纤维素,其中该参比材料45天后, 生物分解率为75%,符合GB/T20197-2006降解材料有效性的要求。海水中生物 分解率测试参照
Figure BDA0003356846410000053
V AUSTRIA发布的“OK Biodegradable Marine认证”的 方法,测试材料在6个月的海水处理条件下,材料的生物分解率是否达到90% 以上。
从表3可以看出:实施例1~4的3D打印线材改性PGA复合材料的断裂强度均 远高于对比例1~3,断裂伸长率远高于对比例1~2且小于对比例3,45天生物分 解率、90天总生物分解率、及6个月的海水生物分解率均远远高于对比例1~3。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于 上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应 当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下 的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料,其特征在于,按质量份数计,由以下原料制备而成:PGA 61-75份;PHA复合材料21-31份;聚甘油5-9份;润滑剂0.5-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料,其特征在于,按质量份数计,由以下原料制备而成:PGA 73份;PHA复合材料21份;聚甘油5份;润滑剂1份。
3.根据权利要求1所述的一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料,其特征在于,所述PGA为线性分子链结构,及优选分子量为5万-20万。
4.根据权利要求1所述的一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料,其特征在于,按质量分数计,所述PHA复合材料中GMA接枝PHB共聚物含量为33-45%,优选为37%。
5.根据权利要求4所述的一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料,其特征在于,所述GMA接枝PHB共聚物中GMA接枝PHB的接枝率为0.9-1.5%。
6.根据权利要求1所述的一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料,其特征在于,所述聚甘油为十聚甘油、六聚甘油及二聚甘油中的一种或复合物。
7.根据权利要求1所述的一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料,其特征在于,所述润滑剂为硬脂酸镁、硬脂酸锌及硬脂酸钙中的一种或复合物。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
(1)以过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂,将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)单体接枝到聚-3-羟基丁酸酯(PHB)上,然后与3-羟基丁酸和4-羟基丁酸共聚物(P3HB4HB)进行共混改性得到PHA复合材料;
(2)将PGA、PHA复合材料、聚甘油、润滑剂共混熔融挤出造粒,得到用于生物全降解的3D打印线材改性PGA复合材料。
CN202111354716.8A 2021-11-16 2021-11-16 一种用于生物全降解的3d打印线材改性pga复合材料及其制备方法 Pending CN114015213A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111354716.8A CN114015213A (zh) 2021-11-16 2021-11-16 一种用于生物全降解的3d打印线材改性pga复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111354716.8A CN114015213A (zh) 2021-11-16 2021-11-16 一种用于生物全降解的3d打印线材改性pga复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114015213A true CN114015213A (zh) 2022-02-08

Family

ID=80064369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111354716.8A Pending CN114015213A (zh) 2021-11-16 2021-11-16 一种用于生物全降解的3d打印线材改性pga复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114015213A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105504727A (zh) * 2016-02-03 2016-04-20 黑龙江鑫达企业集团有限公司 一种高韧性全降解聚乳酸基复合材料及其制备方法
CN109280350A (zh) * 2018-08-09 2019-01-29 丹阳东润保鲜用品实业有限公司 一种快速成型可降解复合材料及其制备方法
CN112694726A (zh) * 2021-03-05 2021-04-23 海南赛诺实业有限公司 一种具有较高加工性能的改性pga材料及其制备方法
CN112694724A (zh) * 2020-12-08 2021-04-23 上海浦景化工技术股份有限公司 一种适用于3d打印的可降解线材

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105504727A (zh) * 2016-02-03 2016-04-20 黑龙江鑫达企业集团有限公司 一种高韧性全降解聚乳酸基复合材料及其制备方法
CN109280350A (zh) * 2018-08-09 2019-01-29 丹阳东润保鲜用品实业有限公司 一种快速成型可降解复合材料及其制备方法
CN112694724A (zh) * 2020-12-08 2021-04-23 上海浦景化工技术股份有限公司 一种适用于3d打印的可降解线材
CN112694726A (zh) * 2021-03-05 2021-04-23 海南赛诺实业有限公司 一种具有较高加工性能的改性pga材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0804506B1 (en) Impact modified melt-stable lactide polymer compositions
Kaynak et al. Use of maleic anhydride compatibilization to improve toughness and other properties of polylactide blended with thermoplastic elastomers
CN110698844A (zh) 一种新型可降解包装材料及其制备方法
CN113429750A (zh) 一种复合增韧耐高温聚乳酸改性材料及其制备方法
Seggiani et al. Development of fibres-reinforced biodegradable composites
JPH06500819A (ja) ポリヒドロキシ酸と相溶化剤を含有するフィルム
CN104945837A (zh) 一种用于3d打印的abs/pla合金树脂组合物及其制备方法
CN111303457A (zh) 一种用于改善聚乙交酯(pga)耐久性的母粒及其制备方法
JP2015518907A (ja) リグニンの化学修飾およびリグニン誘導体
JP2009013343A (ja) 樹脂組成物及び該樹脂組成物からなる成形体の製造方法
WO1997047670A1 (en) Method of grafting functional groups to synthetic polymers for making biodegradable plastics
JP5344902B2 (ja) 樹脂組成物およびそれを成形してなる成形体
Chang et al. Effect of maleic anhydride on kenaf dust filled polycaprolactone/thermoplastic sago starch composites
CN113185821A (zh) 一种用于餐具的高韧耐热可生物降解复合材料及其制备方法
CN114478932A (zh) 一种高热稳定性的聚乙醇酸接枝共聚物及其制备方法和应用
KR100758221B1 (ko) 생분해성 수지조성물 및 그 제조방법과 이를 이용해 제조된그물
CN114015213A (zh) 一种用于生物全降解的3d打印线材改性pga复合材料及其制备方法
JP2000327847A (ja) 樹脂組成物
JPH10158485A (ja) 生分解性脂肪族ポリエステル樹脂−でん粉組成物
JP2002105750A (ja) 草刈り機用モノフィラメント及びその製造方法
JP2851436B2 (ja) ポリエステル樹脂製成形体
Toh et al. Influence of compounding methods on poly (vinyl) alcohol/sago pith waste biocomposites: mechanical and water absorption properties
CN111286164A (zh) 一种生物降解塑料及其制备方法
KR102595757B1 (ko) 물성이 향상된 수계 생분해성 조성물, 이를 포함하는 제품 및 수계 생분해성 제품의 제조방법
CN111825964B (zh) 一种可降解pbst/p34hb共混物及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20220208

RJ01 Rejection of invention patent application after publication