一种3D打印鞋垫用TPU复合材料

本发明涉及高分子材料，特别是涉及一种3d打印鞋垫用tpu复合材料。

背景技术：

1、聚氨酯是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称，具有优异的耐磨、耐油、耐撕裂、耐化学腐蚀等特性，广泛应用于各个领域。由于tpu的良好特性，可以用于3d打印医疗配件、日用品配件等。尤其是3d打印鞋垫是其中热门的一种应用，鞋垫是鞋的一个重要组成部分，由于每只脚的骨骼结构、肌肉群分布等各不相同，不同人对鞋垫有不同的需求，由此可见私人定制鞋垫的重要意义。

2、3d打印鞋垫需要具有如下特点：1. 具有良好的刚/韧平衡性，如良好的韧性、良好的支撑性，以防止在使用时因体重压垮鞋垫，同时受长期挤压的鞋垫在撤去力度后能够快速恢复；2. 良好的抗菌性。但是，对于如何使tpu具有更好的抗菌性能是一个重点难点，其也限制了tpu应用于3d打印鞋垫。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，克服上述技术缺陷，提供一种刚/韧平衡性好、抗菌性好的3d打印鞋垫用tpu复合材料。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种3d打印鞋垫用tpu复合材料，按重量百分比计，包括以下组分：

4、tpu                            85-91%；

5、pla                            7-12%；

6、sbs                            1-3%；

7、沸石载体的银离子抗菌剂         0.1-2%。

8、所述的沸石载体的银离子抗菌剂中银的含量范围是1-15wt%。

9、所述的沸石载体的银离子抗菌剂的平均粒径为1-20微米。

10、所述的tpu是通过包括二异氰酸酯/聚乙二醇（可以包括扩链剂，扩链剂可以是乙二醇、乙二胺、1 ,3-丙二醇、1 ,4-丁二醇、己二醇、二乙二醇或1,5-戊二醇）聚合得到，优选的二异氰酸酯/聚乙二醇的重量比范围是1：（0.2-0.5），其中，二异氰酸酯选自对苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。

11、tpu可以是市售产品，也可以自制获得。制备方法为：将聚乙二醇加入反应器中，恒温60-80℃，通入氮气后加入二异氰酸酯和催化剂，后在70-90℃反应0.5-1小时，再升温至100-120℃反应0.5-1小时，采用二正丁胺法测定游离的异氰酸酯基含量不变反应结束。

12、tpu的相对分子质量范围是20000-50000。

13、所述的pla的熔体流动速率为6-25g/10min，210℃、2.16kg。

14、可以根据实际需要选择是否加入特定含量的抗氧剂或耐候剂，按重量百分比计，可以是 0-0.5%。

15、如果为了提升支撑性，可以根据实际需要选择是否加入特定含量的矿物填料，按重量百分比计，可以是 0-5%。矿物填料可以是滑石粉等。

16、本发明3d打印鞋垫用tpu复合材料的制备方法：按照配比，将各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆的温度范围是190-230℃

17、本发明具有如下有益效果

18、本发明通过特定含量的pla与sbs能够提供tpu良好的弯折回弹性，通过加入特定含量的沸石载体的银离子抗菌剂，一方面能够获得良好的抗菌性，另一方面能够中和韧性，提高支撑性。使得本发明的tpu复合材料适用于制造3d打印鞋垫。

19、实施方式

20、下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。

21、本发明所用原料来源如下：

22、tpu-1：对苯二异氰酸酯/聚乙二醇的重量比是1：0.2，相对分子质量约30000，自制。

23、tpu-2：对苯二异氰酸酯/聚乙二醇的重量比是1：0.5，相对分子质量约50000，自制。

24、tpu-3：对苯二异氰酸酯/聚乙二醇的重量比是1：0.1，相对分子质量约40000，自制。

25、tpu-4：对苯二异氰酸酯/聚乙二醇的重量比是1：0.6，相对分子质量约40000，自制。

26、pla：熔体流动速率约8-10g/10min，210℃、2.16kg，市售。

27、sbs：购自巴斯夫。

28、沸石载体的银离子抗菌剂：银离子含量约10%，平均粒径约15微米，市售。

29、实施例和对比例tpu复合材料的制备方法：将各组份通过高速混料机混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆温度分为6区，温度分别是190/200/210/220/200/190℃。

30、各项测试方法：

31、（1）抗菌性：参照2911-1992标准测试，数值越大说明抗菌性越好。

32、（2）支撑性：将tpu复合材料通过3d打印成1cm×1 cm×1 cm样品，施加0.15kg力，查看压缩量，压缩量0.1-0.2cm为最佳，压缩量过多则说明材料太软支撑不足，如压缩量过少则说明过硬舒适度不佳。

33、（3）回弹性：将tpu复合材料通过3d打印成1cm×1 cm×1 cm样品，施加0.15kg力30min，目测观察全部回弹所需时间，回弹所需时间越快说明韧性越好。

34、通过3d打印鞋垫试穿实验，本发明认为tpu复合材料的压缩量在0.1-0.2cm时回弹时间越短越好。

35、表1：实施例tpu复合材料组分重量百分比及测试结果

36、

37、由实施例1-4可知，优选的tpu对苯二异氰酸酯/聚乙二醇的重量比时，回弹更迅速，压缩量也更合适，综合性能更好。

38、表2：对比例tpu复合材料组分重量百分比及测试结果

39、。

技术特征：

1.一种3d打印鞋垫用tpu复合材料，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的3d打印鞋垫用tpu复合材料，其特征在于，所述的沸石载体的银离子抗菌剂中银的含量范围是1-15wt%。

3.根据权利要求1所述的3d打印鞋垫用tpu复合材料，其特征在于，所述的沸石载体的银离子抗菌剂的平均粒径为1-20微米。

4.根据权利要求1所述的3d打印鞋垫用tpu复合材料，其特征在于，所述的tpu是通过二异氰酸酯/聚乙二醇聚合得到，二异氰酸酯/聚乙二醇的重量比范围是1：（0.2-0.5），其中，二异氰酸酯选自对苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的3d打印鞋垫用tpu复合材料，其特征在于，tpu的相对分子质量范围是20000-50000。

6.根据权利要求1所述的3d打印鞋垫用tpu复合材料，其特征在于，所述的pla的熔体流动速率为6-25g/10min，210℃、2.16kg。

7.根据权利要求1-6任一项所述的3d打印鞋垫用tpu复合材料，其特征在于，按重量百分比计，还包括0-0.5%的抗氧剂或耐候剂。

8.根据权利要求1-6任一项所述的3d打印鞋垫用tpu复合材料，其特征在于，按重量百分比计，还包括0-5%的矿物填料。

技术总结
本发明公开了一种3D打印鞋垫用TPU复合材料，按重量百分比计，包括以下组分：TPU85‑91%；PLA7‑12%；SBS1‑3%；沸石载体的银离子抗菌剂0.1‑2%。本发明通过特定含量的PLA与SBS能够提供TPU良好的弯折回弹性，通过加入特定含量的沸石载体的银离子抗菌剂，一方面能够获得良好的抗菌性，另一方面能够中和韧性，提高支撑性。使得本发明的TPU复合材料适用于制造3D打印鞋垫。

技术研发人员：叶素娟,郭涛,陈金伟,苏似鑫,余金文,陈大华,杨肖锋,何思嘉,厉静雅,林业琨,曾德满,董鹏辉,宋辉,倪洋洋
受保护的技术使用者：广东轻工职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15