CN117362755A - 改性填料、用于3d打印的聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性填料、用于3D打印的聚丙烯复合材料及其制备方法。所述改性填料由钾长石粉和改性剂制备得到；所述改性剂为十六烷基二甲基苄基氯化铵和/或十八烷基二羟乙基甜菜碱。所述用于3D打印的聚丙烯复合材料，由包含如下重量份组分的原料制备而成：聚丙烯55～85份；尼龙15～45份；填料8～35份；相容剂1～8份；所述填料为钾长石粉和/或所述改性钾长石粉。本发明在以聚丙烯为原料制备用于3D打印的聚丙烯复合材料的过程中加入钾长石粉，可以提高所得聚丙烯复合材料的耐磨性能；尤其是，在用于3D打印的聚丙烯复合材料中加入所述改性钾长石粉，可以进一步地大幅提高用于3D打印的聚丙烯复合材料的耐磨性能。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，特别是涉及一种改性填料、用于3D打印的聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
3D打印即快速成型技术的一种，是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等通过逐层打印的方式来构造物体的技术。通常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，以及直接打印成产品或产品的零部件。
聚丙烯是常用的3D打印材料之一。如中国发明专利202010002428.5公开了一种3D打印高性能聚丙烯复合材料及其制备方法，该复合材料包括：聚丙烯、尼龙弹性体、填料、相容剂、粘合剂和抗氧剂。所述复合材料具有低收缩、低翘曲、高强度、高韧性、优异的表面光泽和良好的耐热性。将该复合材料通过熔融共混挤出法可制备出3D打印线材，打印出的制品具有良好的尺寸精度和外观品质。中国发明专利201310738303.9公开了一种可用于3D打印的聚丙烯复合材料及其制备方法，由下列重量百分比的原料组成：聚丙烯70-98％，透明增韧剂1-20％，无机填料0-10％，成核剂0.1-0.5％，稳定剂0.2-2％，其它添加剂0-5％；该材料具有良好的韧性以及透明度。
现有技术虽然公开了多种以聚丙烯为原料制备得到的3D打印用复合材料，但是，这些材料的耐磨性能不佳，有待进一步提高。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提高3D打印用聚丙烯复合材料的耐磨性能。
为了达到上述发明目的，本发明首先提供了一种改性填料，将其应用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备中，可以显著提高所述材料的耐磨性能。其包括如下技术方案。
一种改性填料，由钾长石粉和改性剂制备得到；所述改性剂为十六烷基二甲基苄基氯化铵和/或十八烷基二羟乙基甜菜碱。
在其中一些实施例中，所述改性剂由十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱组成。
在其中一些实施例中，所述改性剂由质量比为1～3:1～3的十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱组成。
在其中一些实施例中，所述改性剂由质量比为1：0.8-1.2的十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱组成。
在其中一些实施例中，所述改性剂由质量比为1：1的十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱组成。
在其中一些实施例中，所述钾长石粉和改性剂的质量比为20-35：10-15。
在其中一些实施例中，所述钾长石粉和改性剂的质量比为25：12-14。
本发明还提供了所述改性填料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述钾长石粉加入到水中，混合后得混合料液；
(2)在所述混合料液中加入所述改性剂，混合后得球磨料液；
(3)将所述球磨料液放入球磨机中进行球磨，球磨结束后分离固体，将固体干燥，即得所述的改性钾长石粉。
在其中一些实施例中，步骤(1)中所述钾长石粉与水的重量比为1:2～4。
在其中一些实施例中，步骤(1)中所述钾长石粉与水的重量比为1:3。
在其中一些实施例中，步骤(3)所述球磨的时间为1h～3h。
本发明还提供了一种用于3D打印的聚丙烯复合材料，其具有优异的耐磨性能，包括如下技术方案。
一种用于3D打印的聚丙烯复合材料，以重量份计，由包含如下组分的原料制备而成：
所述填料为钾长石粉和/或所述改性钾长石粉。
本发明在研究中发现，在以聚丙烯为原料制备用于3D打印的聚丙烯复合材料的过程中加入钾长石粉，可以提高用于3D打印的聚丙烯复合材料的耐磨性能。
发明人在进一步研究中惊奇地发现，在用于3D打印的聚丙烯复合材料中加入通过改性剂(十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱)改性后的改性钾长石粉，相比于加入未改性的钾长石粉，可以进一步大幅提高用于3D打印的聚丙烯复合材料的耐磨性能。并且，必须同时采用由十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱组成的改性剂对钾长石粉进行改性，才能进一步大幅提高用于3D打印的聚丙烯复合材料的耐磨性能。而采用单独的十六烷基二甲基苄基氯化铵或十八烷基二羟乙基甜菜碱对钾长石粉进行改性，相对于未改性的钾长石粉并不能进一步大幅提高用于3D打印的聚丙烯复合材料的耐磨性能。
在其中一些实施例中，以重量份计，所述用于3D打印的聚丙烯复合材料由包含如下组分的原料制备而成：
在其中一些实施例中，以重量份计，所述用于3D打印的聚丙烯复合材料由包含如下组分的原料制备而成：
在其中一些实施例中，所述的相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯。
本发明还提供了所述用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备方法，其包含如下步骤：将所述聚丙烯、尼龙、填料以及相容剂混合均匀后放入双螺杆挤出机中挤出造粒，即得所述的用于3D打印的聚丙烯复合材料。
在其中一些实施例中，所述双螺杆挤出机的温度为200℃-260℃。
在其中一些实施例中，所述双螺杆挤出机的温度为220℃-240℃。
本发明提供了一种新的改性填料以及用于3D打印的聚丙烯复合材料，本发明在以聚丙烯为原料制备用于3D打印的聚丙烯复合材料的过程中加入钾长石粉，可以提高用于3D打印的聚丙烯复合材料的耐磨性能；尤其是，在用于3D打印的聚丙烯复合材料中加入通过改性剂(由十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱组成)改性后的改性钾长石粉，相比于加入未改性的钾长石粉，可以进一步地大幅提高用于3D打印的聚丙烯复合材料的耐磨性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不用于限制本发明。
本发明的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤。
在本发明中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以下为具体实施例。
以下实施例和对比例中的聚丙烯采用的是韩国晓星公司生产的牌号为J700X的聚丙烯；尼龙采用的是日本宇部生产的牌号为1022B的PA6；相容剂采用的是埃克森公司生产的牌号为PO-1020的马来酸酐接枝聚丙烯；其余原料均为本领域技术人员能够通过常规途径购买得到的常规原料。
实施例1用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备
原料重量份组成如下：
其中，耐磨填料为钾长石粉。
制备方法：将聚丙烯、尼龙、耐磨填料以及相容剂混合均匀后放入双螺杆挤出机中于230℃下进行挤出造粒，即得所述的用于3D打印的聚丙烯复合材料。
实施例2用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备
原料重量份组成如下：
其中，耐磨填料为改性钾长石粉。
所述的改性钾长石粉通过如下方法制备得到：
(1)将钾长石粉加入到水中，混合后得混合料液；其中，钾长石粉与水的重量比为1:3；
(2)在混合料液中加入改性剂，混合后得球磨料液；混合料液和改性剂的重量比为100:13；所述的改性剂为十六烷基二甲基苄基氯化铵；
(3)将球磨料液放入球磨机中进行球磨2h，球磨结束后分离固体，将固体干燥后即得所述的改性钾长石粉。
用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备方法：将聚丙烯、尼龙、改性耐磨填料以及相容剂混合均匀后放入双螺杆挤出机中于230℃下进行挤出造粒，即得所述的用于3D打印的聚丙烯复合材料。
实施例3用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备
原料重量份组成如下：
其中，耐磨填料为改性钾长石粉。
所述的改性钾长石粉通过如下方法制备得到：
(1)将钾长石粉加入到水中，混合后得混合料液；其中，钾长石粉与水的重量比为1:3；
(2)在混合料液中加入改性剂，混合后得球磨料液；混合料液和改性剂的重量比为100:13；所述的改性剂为十八烷基二羟乙基甜菜碱；
(3)将球磨料液放入球磨机中进行球磨2h，球磨结束后分离固体，将固体干燥后即得所述的改性钾长石粉。
用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备方法：将聚丙烯、尼龙、改性耐磨填料以及相容剂混合均匀后放入双螺杆挤出机中于230℃下进行挤出造粒，即得所述的用于3D打印的聚丙烯复合材料。
实施例4用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备
原料重量份组成如下：
其中，耐磨填料为改性钾长石粉。
所述的改性钾长石粉通过如下方法制备得到：
(1)将钾长石粉加入到水中，混合后得混合料液；其中，钾长石粉与水的重量比为1:3；
(2)在混合料液中加入改性剂，混合后得球磨料液；混合料液和改性剂的重量比为100:13；所述的改性剂由重量比为1:1的十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱组成；
(3)将球磨料液放入球磨机中进行球磨2h，球磨结束后分离固体，将固体干燥后即得所述的改性钾长石粉。
用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备方法：将聚丙烯、尼龙、改性耐磨填料以及相容剂混合均匀后放入双螺杆挤出机中于230℃下进行挤出造粒，即得所述的用于3D打印的聚丙烯复合材料。
实施例5用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备
原料重量份组成如下：
其中，耐磨填料为改性钾长石粉。
所述的改性钾长石粉通过如下方法制备得到：
(1)将钾长石粉加入到水中，混合后得混合料液；其中，钾长石粉与水的重量比为1:2；
(2)在混合料液中加入改性剂，混合后得球磨料液；混合料液和改性剂的重量比为100:10；所述的改性剂由重量比为3:1的十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱组成；
(3)将球磨料液放入球磨机中进行球磨2h，球磨结束后分离固体，将固体干燥后即得所述的改性钾长石粉。
用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备方法：将聚丙烯、尼龙、改性耐磨填料以及相容剂混合均匀后放入双螺杆挤出机中于230℃下进行挤出造粒，即得所述的用于3D打印的聚丙烯复合材料。
实施例6用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备
原料重量份组成如下：
其中，耐磨填料为改性钾长石粉。
所述的改性钾长石粉通过如下方法制备得到：
(1)将钾长石粉加入到水中，混合后得混合料液；其中，钾长石粉与水的重量比为1:4；
(2)在混合料液中加入改性剂，混合后得球磨料液；混合料液和改性剂的重量比为100:15；所述的改性剂由重量比为1:3的十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱组成；
(3)将球磨料液放入球磨机中进行球磨2h，球磨结束后分离固体，将固体干燥后即得所述的改性钾长石粉。
制备方法：将聚丙烯、尼龙、改性耐磨填料以及相容剂混合均匀后放入双螺杆挤出机中于230℃下进行挤出造粒，即得所述的用于3D打印的聚丙烯复合材料。
对比例1用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备
原料重量份组成如下：
其中，填料为硅微粉。
制备方法：将聚丙烯、尼龙、填料以及相容剂混合均匀后放入双螺杆挤出机中于230℃下进行挤出造粒，即得所述的用于3D打印的聚丙烯复合材料。
将实施例1～6以及对比例1制备得到的用于3D打印的聚丙烯复合材料，参照GB/T3960-2016中的方法测试磨损量；测试结果见表1。
表1.本发明用于3D打印的聚丙烯复合材料耐磨实验结果
| 磨损量 | |
| 实施例1制备得到的用于3D打印的聚丙烯复合材料 | 0.57mg |
| 实施例2制备得到的用于3D打印的聚丙烯复合材料 | 0.44mg |
| 实施例3制备得到的用于3D打印的聚丙烯复合材料 | 0.49mg |
| 实施例4制备得到的用于3D打印的聚丙烯复合材料 | 0.13mg |
| 实施例5制备得到的用于3D打印的聚丙烯复合材料 | 0.15mg |
| 实施例6制备得到的用于3D打印的聚丙烯复合材料 | 0.19mg |
| 对比例1制备得到的用于3D打印的聚丙烯复合材料 | 0.98mg |
从表1实验数据可以看出，实施例1制备得到的用于3D打印的聚丙烯复合材料，其磨损量与对比例1相比，得到了显著的降低；这说明：在以聚丙烯为原料制备用于3D打印的聚丙烯复合材料的过程中加入钾长石粉，可以提高用于3D打印的聚丙烯复合材料的耐磨性能。
从表1实验数据可以看出，实施例4制备得到的用于3D打印的聚丙烯复合材料，其磨损量与实施例1相比，得到了进一步的大幅降低；这说明在用于3D打印的聚丙烯复合材料中加入通过改性剂(十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱)改性后得到的改性钾长石粉，相比于加入未改性的钾长石粉，可以进一步大幅提高用于3D打印的聚丙烯复合材料的耐磨性能。
从表1实验数据可以看出，实施例2和3制备得到的用于3D打印的聚丙烯复合材料，其磨损量与实施例1相比，稍有降低，但是并未得到进一步地大幅降低；其降低幅度远远小于实施例4制备得到的用于3D打印的聚丙烯复合材料。这说明：在改性钾长石粉的制备过程中，改性剂的选择十分重要，必须同时采用由十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱组成的改性剂对钾长石粉进行改性，才能进一步大幅提高用于3D打印的聚丙烯复合材料的耐磨性能；而采用单独十六烷基二甲基苄基氯化铵或十八烷基二羟乙基甜菜碱作为改性剂对钾长石粉进行改性，并不能进一步大幅提高用于3D打印的聚丙烯复合材料的耐磨性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种改性填料，其特征在于，由钾长石粉和改性剂制备得到；所述改性剂为十六烷基二甲基苄基氯化铵和/或十八烷基二羟乙基甜菜碱。
2.根据权利要求1所述的改性填料，其特征在于，所述改性剂由十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱组成。
3.根据权利要求2所述的改性填料，其特征在于，所述改性剂由质量比为1～3:1～3的十六烷基二甲基苄基氯化铵和十八烷基二羟乙基甜菜碱组成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的改性填料，其特征在于，所述钾长石粉和改性剂的质量比为20-35：10-15。
5.一种权利要求1-4任一项所述的改性填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将所述钾长石粉加入到水中，混合后得混合料液；
(2)在所述混合料液中加入所述改性剂，混合后得球磨料液；
(3)将所述球磨料液放入球磨机中进行球磨，球磨结束后分离固体，将固体干燥，即得所述的改性钾长石粉。
6.根据权利要求5所述的改性填料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述钾长石粉与水的重量比为1:2～4；和/或，
步骤(3)所述球磨的时间为1h～3h。
7.一种用于3D打印的聚丙烯复合材料，其特征在于，以重量份计，由包含如下组分的原料制备而成：
所述填料为钾长石粉和/或权利要求1-4任一项所述的改性钾长石粉。
8.根据权利要求7所述的用于3D打印的聚丙烯复合材料，其特征在于，以重量份计，其由包含如下组分的原料制备而成：
9.根据权利要求7或8所述的用于3D打印的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯。
10.一种权利要求7-9任一项所述的用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：将所述聚丙烯、尼龙、填料以及相容剂混合均匀后放入双螺杆挤出机中挤出造粒，即得所述的用于3D打印的聚丙烯复合材料。
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