[发明专利]一种可用于3D打印的聚丙烯纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于3D打印的聚丙烯纳米复合材料及其制备方法和应用，具体涉及一种在聚合釜内原位聚合制备的可用于3D打印的聚丙烯纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚丙烯作为一大类重要的高分子材料，以其价格低廉、低密度、均衡稳定的性能等优点，已发展成为当今世界上占最大份额的合成材料之一。近年来，为了进一步改善聚丙烯的原有性能，满足不同或更高端应用领域的要求，聚丙烯的高性能化成为聚丙烯发展的重要方向，而通过无机纳米材料与聚丙烯复合是实现聚丙烯高性能化的重要途径(Alexandre M,Dubois P，Materials Science and Engineering,R:Reports2000,28:1-63)。

然而，纳米材料的加入通常会导致聚丙烯粘度增大，使整个聚丙烯复合材料的加工性变差。特别是对用做抗冲击材料的高熔体粘度的高分子量聚丙烯，根据功能化和高性能化的需求，往往还需要加入大量纳米材料，这将进一步增加体系的粘度，导致体系的难熔融；而且这种高粘体系难以通过机械剪切实现纳米材料的剥落分散。原位聚合是制备聚丙烯纳米复合材料的最佳途径。通过将丙烯聚合催化剂负载于纳米粒子表面，利用单体聚合过程中释放的能量及不断增长的聚丙烯链的物理作用使纳米粒子均匀分散于聚丙烯基体中。与其他方法相比，由于复合材料通过釜内聚合直接制成，避免多次加工带来的降解问题。另外，通过对催化剂形貌和聚合条件的控制，可以制备一系列聚合物尺寸可调，结构和组成可调的复合材料，从而满足高纳米材料含量、高基体分子量的功能性和结构性复合材料的制备要求(Wang N,Qin Y W,Huang Y J,Niu H,Dong JY,Wang Y X,Applied Catalysis A:General,2012,435:107-114)。尽管如此，高熔体粘度给复合材料的注塑成型造成了困难，如何将具有高的熔体粘度、性能优异的聚丙烯纳米复合材料成型为制品，是目前聚丙烯纳米复合材料在应用中遇到的难题。

3D打印技术又称增材制造技术，是依据三维CAD设计数据，将材料(如粉末的金属或聚合物)逐层累加起来制造物体的技术；也可以具体理解为采用打印头、喷嘴或其他打印技术沉积材料来制造物体的技术。具体包括熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)等技术在内的多种3D打印技术大大拓展了材料成型的方法，特别是对无法通过熔融加工成型的材料，3D打印成型是一种很好的解决方案。例如，目前市场上通过FDM技术成型的线性聚合物材料丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)、尼龙(PA)和聚碳酸酯(PC)等，都是将这些热塑性聚合物在熔融状态下由3D打印机的喷头处挤压出，凝固形成轮廓形状的薄层，再一层层叠加最终形成产品。中国专利公开号CN201310450893.5公开了适用于3D打印的改性聚乳酸材料，其中分别加入纳米粒子作为成核剂和补强剂，该方法运用了共混、接枝、交联改性，再经过造粒、拉丝的工艺技术。但是对于聚丙烯材料，一方面多次加工会导致聚丙烯降解；另一方面，高熔体粘度的聚丙烯很难通过纺丝制备微米级的纤维，以满足3D打印的原料使用要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可用于3D打印的聚丙烯纳米复合材料。

本发明的第二个目的在于提供一种含有上述可用于3D打印的聚丙烯纳米复合材料的组合物。

本发明的第三个目的在于提供一种可用于3D打印的复合材料，所述复合材料通过将上述的可用于3D打印的聚丙烯纳米复合材料加入含有热稳定剂的溶剂中超声分散，再蒸干溶剂而制得。

本发明的第四个目的在于提供一种用于制备上述的可用于3D打印的聚丙烯纳米复合材料的催化剂。

本发明的第五个目的在于提供一种制备上述的可用于3D打印的聚丙烯纳米复合材料的方法。

本发明的第六个目的在于提供一种上述的可用于3D打印的聚丙烯纳米复合材料及其组合物、复合材料的应用。

本发明的第七个目的在于提供一种制品，其由上述的可用于3D打印的聚丙烯纳米复合材料、其组合物或其复合材料通过3D打印制得。

本发明的第八个目的在于提供一种上述制品的制备方法。

本发明提供如下的技术方案：

一种可用于3D打印的聚丙烯纳米复合材料，其具有如下特征：

1)通过聚合反应直接获得，复合材料呈颗粒状，颗粒直径为50～1000μm；

2)复合材料中聚丙烯重量百分含量为30.0～99.9％，纳米粒子重量百分含量为0.1～70.0％；