具有木质属性的改性聚乳酸复合3d打印材料及制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子复合材料领域，特别设及一种具有木质属性的改性聚乳酸复合 3D打印材料及制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 3D打印行业的发展越来越迅速，随着3D打印机的普及，消费者对3D打印的花样的 需求越来越高。除了塑料类的3D打印耗材，已经出现了 W金属、陶瓷、食物甚至人体细胞为 基材的3D打印材料(余冬梅，2014)。最近，德国发明者Kai hdhy发明了一种名为LAYW00- D3的3D打印耗材，该耗材含有一定含量的回收木材和无害的聚合物，拥有与聚乳酸相当的 耐久性，可W在175°C和250°C之间进行3D打印。用LAYW00-D3材料打印的作品，不仅看起来 像木头，闻起来也像木头，最大的特点，就是可W在不同的溫度下，打印出不同的颜色。并且 能用木材加工工艺来对打印出来的产品进行处理，可钉、可钻、可创、可雕、可粘还可W用木 材油漆上色。目前看起来，3D打印的木塑产品无论是在质量还是成本上跟天然的木质产品 都无法比拟，但它有它自己独特的美学价值。
[000引然而，由于LAYW00-D3产品中木粉受热迅速膨胀，其稳定性难W控制，对打印机的 打印能力要求很高，只适合用于特定公司的3D打印机，对于打印能力稍差的机器的适应性 不好，尤其是中国国内数量庞大但没有统一标准的众多3D打印机，很容易会出现打印丝断 裂或堵喷头的情况。因此一种能够适应国内众多打印机、能使打印出来的物件拥有木头的 特征(表观颜色、气味等)且价格能被广大消费者所接受的木质3的T印耗材会有很大的市场 价值。本发明专利就是W可降解的聚乳酸(PLA)为基材，通过添加不同种类的木粉(木质纤 维），木粉经化学表面改性处理方法W及注塑成型方法制备相应的木质纤维改性聚乳酸塑 料产品，获得具有木质特征的聚乳酸复合材料，且可适用于国内大部分3D打印机型。和专利 申请CN201410015744及CN201410587283相比，本发明专利对不同种类的木粉都有较好的适 应性，并且对其木粉容易膨胀堵头的问题进行了较大改善。
[0004] 利用3D打印技术打印出来的木塑家具在储存，运输W及使用过程中，由于周围环 境及空气中湿度，有害颗粒及气体等的影响，在其表面容易滋生细菌，富集污染物质等，会 对人体健康造成不利影响，故和专利申请CN201310345147相比，增加了该木塑材料的自清 洁抗菌能力，目前，市面上流行的木塑3D打印产品及其原材料都还没有抗菌防污自清洁功 能。运对利用该材料打印出来的家具产品有较大的环保提升。
【发明内容】
[0005] 本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有木质属性的改 性聚乳酸复合3D打印材料。
[0006] 本发明的另一目的在于提供所述具有木质属性的改性聚乳酸复合3D打印材料的 制备方法。
[0007] 本发明的再一目的在于提供所述具有木质属性的改性聚乳酸复合3D打印材料的 应用。
[0008] 本发明的目的通过下述技术方案实现:一种具有木质属性的改性聚乳酸复合3D打 印材料，包含如下按质量份计的组分:聚乳酸原料70~90份、木质粉末颗粒7.5~20.5份、1 ~3份硅烷偶联剂、热塑性弹性体1~5份、纳米抗菌剂0.5~1.5份。
[0009] 所述的木质粉末颗粒为经过碱处理的木质粉末颗粒。
[0010] 所述的碱处理的步骤如下:将木质粉末颗粒浸泡于碱溶液中，期间不停揽拌，然后 去除碱溶液，用水洗涂至中性，干燥至恒重。
[0011] 所述的碱溶液为浓度为质量百分比10%的碱溶液。
[0012] 所述的碱为氨氧化钢或氨氧化钟。
[0013] 所述的木质粉末颗粒和所述的碱溶液优选为按质量比1:15配比。
[0014] 所述的浸泡的时间优选为20~30h;更优选为2地。
[0015] 所述的水为蒸馈水。
[0016] 所述的干燥的溫度优选为100~105°C。
[0017] 所述聚乳酸优选为分子量为1万~8万的PLA;更优选为分子量为7万的PLA。
[0018] 所述的木质粉末颗粒为天然檀香木粉、红木木粉、环保天然杂木纤维粉和天然按 树粉中的一种或至少两种。
[0019] 所述的木质粉末颗粒的粒径优选为200~1000目，更优选为300~400目。
[0020] 所述的硅烷偶联剂为K册50、Κ册70和K册90中的一种或至少两种。
[0021] 所述的热塑性弹性体为SEBS(苯乙締一下二締一苯乙嵌共聚物(饱和））、SBS(热塑 性聚苯乙締-聚下二締-聚苯乙締嵌段共聚物)和TPE(1，1，2,2-四苯乙締热塑性弹性体）中 的一种或至少两种。
[0022] 所述的纳米抗菌剂为纳米二氧化铁、纳米银和纳米铜中的一种或至少两种。
[0023] 所述的木质属性的改性聚乳酸复合3的T印材料的制备方法，包括如下步骤：
[0024] (1)用碱溶液对木质粉末颗粒进行碱处理；
[0025] (2)将聚乳酸原料颗粒干燥至恒重;接着将干燥后的聚乳酸原料、硅烷偶联剂、热 塑性弹性体，纳米抗菌剂与步骤(1)中得到的处理完毕的木粉混合均匀；
[0026] (3)将步骤(2)混合均匀得到的物料投入到单螺杆塑料挤出机中，单螺杆塑料挤出 机的溫度设置为:机头一区180-190°C、机筒一区190-200°C、机筒二区200-210°C、机筒Ξ区 200-210°C;从单螺杆塑料挤出机出来的烙融物进行冷却定型，得到成型丝状塑料；
[0027] (4)将成型丝状塑料干燥、牵引、绕线，得到具有木质属性的改性聚乳酸复合3D打 印材料。
[0028] 步骤(1)中所述的碱处理的步骤如下:将木质粉末颗粒浸泡于碱溶液中，期间不停 揽拌，然后去除碱溶液，用水洗涂至中性，干燥至恒重。
[0029] 所述的碱溶液为浓度为质量百分比10%的碱溶液。
[0030] 所述的碱为氨氧化钢或氨氧化钟。
[0031 ]所述的木质粉末颗粒和所述的碱溶液优选为按质量比1:15配比。
[0032] 所述的浸泡的时间优选为20~30h;更优选为2地。
[0033] 所述的水为蒸馈水。
[0034] 所述的干燥的溫度优选为100~105°C。
[0035] 步骤(2)中所述的干燥的条件优选为100~105°C干燥2~地。
[0036] 步骤(2)中所述的混匀优选为通过混料机混匀。
[0037] 步骤(2)中所述的混匀的条件优选为10化pm混合10~15min。
[0038] 步骤(3)中所述的单螺杆塑料挤出机的溫度优选设置为:机头一区190°C、机筒一 区200°C、机筒二区204~207°C、机筒Ξ区200~202°C。
[0039] 步骤（3)中所述的单螺杆塑料挤出机的主机转速优选为75~18化pm;更优选为 ISOrpm。
[0040] 步骤(3)中所述的冷却定型优选为使用冷却定型台W自来水进行冷却定型。
[0041] 步骤(4)中所述的干燥优选为通过风干机吹干进行干燥。
[0042] 步骤(4)中所述的牵引的步骤如下:将干燥后的成型丝状塑料经过双向激光测径 仪送入牵引机进行牵引。
[0043] 步骤(4)中所述的绕线为通过力矩电机进行绕线。
[0044] 本发明制备的具有木质属性的改性聚乳酸复合3D打印材料，单丝的平均直径约为 1.75mm~3mm;优选为1.75mm或3mm，直径误差在± 5 % W内。
[0045] 所述的具有木质属性的改性聚乳酸复合3的T印材料用于通过打印制备家具。
[0046] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0047] (1)与现有专利申请CN201410015744及CN201410587283相比，本发明提供的具有 木质属性的改性聚乳酸复合3D打印材料在保持良好的初性和力学性质外，还显示出木头的 质感、成色和味道，同时改善了木粉原本容易膨胀堵头的现象，并且扩宽了木粉可选的种 类，因此可W用于打印一些仿木质家具产品。
[0048] (2)本发明中使用的碱处理步骤可W使制得的复合材料木粉颜色加深，且木粉表 面的杂质被去除，使得材料强度略有提高，W及之后的硅烷偶联剂的使用，可W使木粉变为 亲油性颗粒，使木粉的在聚乳酸中的分布更为均匀分散，使打印效果大幅提升。
[0049] (3)本发明中纳米抗菌剂的使用，可W使制备出来的木塑材料具由一定的自清洁 抗菌能力，使之后通过3的T印技术制备的家具有较好的抗菌能力。
[0050] (4)该制备方法可适用于天然檀香木粉、细甸梨花红木、印度尼西亚酸枝，东非酸 枝、环保天然杂木纤维粉、天然按树粉中等各种不同种类的木粉颗粒。
【具体实施方式】
[0051] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 [0化2]实施例1
[0053] (1)配方用量（质量份）：聚乳酸化A(分子量7万）70份、天然檀香木粉20.5份、硅烷 偶联剂化册70)3份、热塑性弹性体(S邸S)5份，纳米抗菌剂(纳米二氧化铁)1.5份。
[0054] (2)制备过程：
[0055] ①先把PLA投入干燥机中100°C烘烤3小时，使水分完全蒸发；
[0056] ②再将天然檀香木粉放入浓度为质量百分比10%的氨氧化钢溶液中进行碱处理： 将木粉置于氨氧化钢溶液（10 % )中浸泡，质量比1:15，常溫下揽拌24小时，静置倒去上层碱 液，加蒸馈水洗涂，用滤布过滤，重复多次至滤液呈中性，再干燥至恒重之后作为原料之一 备用；
[0057]③将各原料按配方量投入混料机中，混料机设置10化pm运行10分钟；将混合均匀 的物料投入到单螺杆塑料挤出机中，单螺杆塑料挤出机的溫度设置为:机头一区190°C、机 筒一区200°C、机筒二区204°C、机筒Ξ区2〇rC;主机转速设置为18化pm);从单螺杆塑料挤 出机出来的烙融物进入冷却定型台W自来水冷却;从冷却定型台出来后的成型丝状塑料进 入风干机把水吹干;从风干机出来后经过双向激光测径仪然后送入牵引机;最后塑料丝进 入力矩电机绕线即得成品。
[0化引实施例2
[0059] (1)配方用量(质量份）：聚乳酸?1^\(分子量7万）90份、环保天然杂木纤维粉7.5份 (约400目）、硅烷偶联剂(K册90)1份、热塑性弹性体(SEBSH份，纳米抗菌剂(纳米二氧化铁） 0.5 份。
[0060] (2)制备过程：
[0061] ①先把PLA投入干燥机中100°C烘烤3小时，使水分完全蒸发；
[0062] ②再将环保天然杂木纤维粉放入浓度为质量百分比10%的氨氧化钢溶液中进行 碱处理:将木粉置于氨氧化钢溶液（10%)中浸泡，质量比1:15,常溫下揽拌24小时，静置倒 去上层