一种木质3d打印粉末的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及木质材料改性领域，具体是一种木质3D打印粉末的制备方法。
【背景技术】
[0002]国内背景:我国工信部、发改委和财政部亦于2015年2月28日发布了《关于印发〈国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)> 的通知》，表现出我国对该技术的重视。国际背景:3D打印技术近两年来风靡全球，是挑战极限的新兴技术，并号称引起第三次工业革命O
[0003]东北林业大学郭艳玲课题组(张慧，郭艳玲et al.2014)在木塑复合材料快速原型制造方面研究卓有成效。西安科技大学杨来侠团队(孙国光2008，杨来侠，池雄飞etal.2009)结合色彩空间的连续过渡理论，这对本申请专利中的“半彩打印”提供了理论计算依据。国内与木质3D打印耗材相关的专利申请可查询到2项，主要是木质材料与聚烯烃塑料等材料混合(谢劲能，祝君2014，殷正福，晏伟，许向东2014)，与本专利思路截然不同。
[0004]目前大多数商业3D打印机系统是封闭的，3D打印耗材成为3D打印技术竞争的人为瓶颈(Dudek 2013)。总体可以看出，耗材研发意义大于设备，已成为各国3D打印竞争的核心技术，耗材决定了成型方式、应用范围，决定了 3D打印的水平。
[0005]国际范围内3D打印竞争的核心为耗材的研发，耗材成为3D打印技术发展的瓶颈。就目前而言，常用粉末堆积成型的主要为石膏粉，木粉不能够直接应用。
[0006]木粉不能直接3D打印，原因是未改性的木粉粒度不均匀、形状易团聚、流动性差。研磨过后，原级、聚集体、凝聚体和絮凝颗粒型四大类型的颗粒均存在，造成明显团聚现象，在3D打印过程中是不能自由落下。
[0007]热处理改性可以使木粉:粒度均匀、形状分散、流动性好;但存在缺点:润湿性变差、施胶饱和度降低、密度降低、颜色变深。毛白杨木材经过高温热处理后，亲水官能团吸光度下降(高伟，李镇et al.2014)。马尾松木材随着热处理温度的升高和处理时间的延长，木材红外吸收光谱中羟基吸收峰的强度明显降低(李贤军，刘元et al.2009)。范敏等(范敏，倪欧琪et al.2014)红木热处理后的吸水率降低。这说明高温热处理后，木粉的润湿性能下降，这对铺层粉，无色胶水和带有颜色的胶水实现层间粘结是非常不利的。唐荣强等(唐荣强，鲍滨福et al.2011)研究结果表明，杉木经热处理后颜色加深。
[0008]可以看出，高温热处理的负面影响是不容忽视的。
[0009]目前国内外研究存在的问题:
[0010]首先是未针对木粉作为3D打印耗材系统研究，木塑复合材料作为耗材时会涉及木粉，但含量较低；
[0011 ]其次是少有文献针对3D彩色打印粉末进行研究；
[0012]然后是3D打印粉末改性复杂，同时使多种化学试剂，对不同性质进行改性。
【发明内容】
[0013]本发明所要解决的技术问题是提供一种木质3D打印粉末的制备方法，通过将原始木粉颗粒经改性后可用于3D打印技术。
[0014]本发明以如下技术方案解决上述技术问题:
[0015]本发明一种木质3D打印粉末的制备方法，包括如下操作步骤:
[0016](I)将20?400μπι的原始木粉颗粒，在165°C?235°C高温下热处理改性I?5小时；
[0017](2)再加入疏水型二氧化硅包埋改性热处理后的木粉，疏水型二氧化硅的加入量为热处理后木粉重量的0.1%?50%，疏水型二氧化硅的比表面积在0.1mVg?120(WVg。
[0018]所述原始木粉颗粒为木本植物、草本植物、竹材、藤材中的一种或多种颗粒。
[0019]优选地，疏水型二氧化硅的加入量为热处理后木粉重量的1.5%?10.5%，
[0020]优选地，步骤(I)的热处理温度为175°C?195°C:
[0021 ] 优选地，疏水型二氧化硅的比表面积在80m2/g?600m2/g。
[0022]本发明对原始木粉颗粒的理解是指木材经粉碎后的颗粒，包括不同的形态、不同尺寸，并且木粉原材料包括木材的木质部、韧皮部、树皮的一种或多种。
[0023]本发明的有益效果是:
[0024]1.将木粉经高温热处理和亲水型气相疏水型二氧化硅包埋，木质成份在50%以上，最高可达99.9%，具有高度的环境友好性，可以较好的适应3D打印堆积成型的需求，拓宽了 3D打印耗材的范畴，赋予了木质材料新的应用领域；
[0025]2.木粉经蒸汽高温热处理后包埋二氧化硅，可以使润湿性变优、提高施胶饱和度，增加密度、颜色变浅，弥补了热处理的缺陷，同时又提高了木粉流动性；
[0026]3.将木粉颗粒进行二氧化硅包埋改性是对表面分散性能、颜色、密度改良的重要过程，以改良木粉3D打印的适用性。
[0027]4.改性工艺简单，易于质量控制和产品推广。
【具体实施方式】
[0028]以下结合具体实施例对本发明方法进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0029]实施例1:
[0030]使用植物粉碎机将木材粉碎，研磨后使用筛网将颗粒分选颗粒直径约20μπι，在高温水蒸气的保护下，于180°C热处理2h，取其中100g，使用微粒发生器，包埋疏水型二氧化硅颗粒10g，其比表面积为700m2/g。
[0031 ]将上述材料混匀混合后，按照铺装堆积成型的原理，能够实现3D打印。
[0032]实施例2:
[0033]使用植物粉碎机将竹材粉碎，研磨后使用筛网将颗粒分选颗粒直径约80μπι;在高温水蒸气的保护下，于195°C热处理3h，取其中100g，使用微粒发生器，包埋疏水型二氧化硅颗粒0.1g,其比表面积为1000m2/g。
[0034]将上述材料混匀混合后，按照铺装堆积成型的原理，能够实现3D打印。
[0035]实施例3:
[0036]使用植物粉碎机将藤材粉碎，研磨后使用筛网将颗粒分选颗粒直径约160μπι;在高温水蒸气的保护下，于210°C热处理2h，取其中100g，使用微粒发生器，包埋疏水型二氧化硅颗粒30g，其比表面积为1200m2/g。
[0037]将上述材料混匀混合后，按照铺装堆积成型的原理，能够实现3D打印。
[0038]实施例4:
[0039]使用植物粉碎机将水稻秸杆粉碎，研磨后使用筛网将颗粒分选颗粒直径约240μπι;在高温水蒸气的保护下，于225°C热处理3h，取其中100g，使用微粒发生器，包埋疏水型二氧化硅颗粒20g，其比表面积为400m2/g。
[0040]将上述材料混匀混合后，按照铺装堆积成型的原理，能够实现3D打印。
[0041 ] 实施例5:
[0042]使用植物粉碎机将木材粉碎，研磨后使用筛网将颗粒分选颗粒直径约320μπι;在高温水蒸气的保护下，于235°C热处理lh，取其中100g，使用微粒发生器，包埋疏水型二氧化硅颗粒40g,其比表面积为100m2/g。
[0043]将上述材料混匀混合后，按照铺装堆积成型的原理，能够实现3D打印。
[0044]实施例6:
[0045]使用植物粉碎机将木材粉碎，研磨后使用筛网将颗粒分选颗粒直径约400μπι;在高温水蒸气的保护下，于165°C热处理5h，取其中100g，使用微粒发生器，包埋疏水型二氧化硅颗粒50g，其比表面积为0.1mVgo
[0046]将上述材料混匀混合后，按照铺装堆积成型的原理，能够实现3D打印。
[0047]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种木质3D打印粉末的制备方法，其特征在于，该方法包括如下操作步骤: (1)将20?400μπι的原始木粉颗粒，在165°C?235 °C高温下热处理改性I?5小时； (2)再加入疏水型二氧化硅包埋改性热处理后的木粉，疏水型二氧化硅的加入量为热处理后木粉重量的0.1%?50%，疏水型二氧化硅的比表面积在0.1mVg?1200m2/g。2.根据权利要求1所述木质3D打印粉末的制备方法，其特征在于:所述原始木粉颗粒为木本植物、草本植物、竹材、藤材中的一种或多种颗粒。
【专利摘要】本发明公开了一种木质3D打印粉末的制备方法，该方法包括如下操作步骤：(1)将20～400μm的原始木粉颗粒，在165℃～235℃高温下热处理改性1～5小时；(2)再加入疏水型二氧化硅包埋改性热处理后的木粉,疏水型二氧化硅的加入量为热处理后木粉重量的0.1％～50％，疏水型二氧化硅的比表面积在0.1m2/g～1200m2/g。本发明将原始木粉颗粒经过高温热处理改性、疏水型二氧化硅包埋改性，可以较好的适应3D打印堆积成型的需求。使用木质粉末打印成型的3D产品木质部分含量高，发挥了木材环境友好性特征；拓宽了3D打印耗材的范畴，赋予了木质材料新的应用领域；同时，改性工艺简单，易于质量控制和产品推广。
【IPC分类】C08L97/02, C08J3/12, C08J3/20, C08K3/36, B33Y70/00
【公开号】CN105623290
【申请号】CN201511027664
【发明人】高伟, 覃卓凯, 张嘉盛, 杨玉田, 罗建举, 何拓
【申请人】广西大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月31日