[发明专利]适于3D打印成型的高强高韧聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸复合材料及其制备方法，尤其涉及一种适于3D打印成型的高强高韧聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术是20世纪80年代后期开始逐渐兴起的一项新兴制造技术，它是指在计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计模型或计算机断层扫描等数据，通过材料的精确3D堆积，快速制造任意复杂形状3D物体的新型数字化成型技术。

随着技术的进步而不断扩展，3D打印技术的应用领域已涉及到包括生活用品、机械设备、生物医用材料，甚至是活体器官等众多领域。

目前，应用较多的3D打印技术主要包括光固化立体印刷、熔融沉积成型、选择性激光烧结和三维喷印等。其中，熔融沉积成型是在高于打印材料熔点的温度下，使热塑性材料从打印机喷嘴挤出，沉积，并凝固成型，经过逐层沉积、凝固，最后除去支撑材料，得到所需的三维产品。

目前熔融沉积成型主要的打印材料为ABS，尼龙以及聚乳酸等。其中，聚乳酸是以生物发酵的乳酸为原料合成的非石油基高分子材料，具有良好的生物降解性和生物相容性，在生物医学、环保和日常生活领域有着广阔的应用前景。

但是，聚乳酸材料存在着两个重大的缺陷：

第一，该种材料的分子链结合特别紧密，因此韧性差，缺口冲击强度仅有3J/m²左右；

第二，该种材料的结晶速率慢，导致制品的结晶度低，而且聚乳酸的玻璃化温度也非常低，所以该种材料的耐热性能非常差，热变形温度只有58℃。

因此，如果将纯聚乳酸原料直接应用于3D打印，打印出来的制品非常脆，而且在一定的温度下，很容易出现翘曲现象。

倘若能够有效提高聚乳酸的韧性和结晶速率，就可以很好地解决以上两个问题。基于此，现有技术中，人们在这方面进行了一系列的技术改进和革新。如：

中国专利申请CN103665802公开了一种用于3D打印的聚乳酸材料的制备方法，其采用无机纳米材料增韧改性，先利用超声波处理技术将纳米无机聚碳酸酯弹性体用偶联剂进行表面有机化改性，再将经过改性处理的纳米无机聚碳酸酯弹性体与聚乳酸、增塑剂、分散剂进行研磨、分散、混合，最后经过挤出造粒、拉丝工艺技术，制得适于3D打印技术的增韧改性聚乳酸材料。

上述技术方案的聚乳酸材料的制备方法，尽管能一定程度的改善聚乳酸材料的韧性和加工性能，但是，所制得聚乳酸复合材料的耐热性能并没有得到提高。

中国专利申请CN103333472A公开了一种具有熔融稳定性的高分子量聚乳酸立构复合物的制备方法，包括以下步骤：(1)按照一定重量比准备聚左旋乳酸、聚右旋乳酸和增塑剂聚乙二醇；(2)将聚左旋乳酸、聚右旋乳酸、聚乙二醇分别溶于有机溶剂，待完全溶解后在强力搅拌条件下进行混合并溶液浇铸，并将溶液浇铸样品进行真空干燥；(3)溶液浇铸的样品经真空干燥后在氮气保护条件下以100℃/min的速率快速升温至230至270℃，等温2min后以10℃/min的速率进行缓慢冷却。

这种制备方法一定程度上提高了聚乳酸的结晶度和耐热温度，但是并没有改善聚乳酸复合材料的结晶速率。

中国专利申请CN104231577A公开了一种具有改善的结晶速率的聚乳酸立构复合物树脂组合物及模制其的方法，其通过加入滑石粉或磷酸钠类成核剂提高结晶速率，并采用丙烯酸酯类共聚物、乙烯-α烯烃类等聚碳酸酯弹性体提高材料的韧性。

但是，该方法需要保温3到6分钟，仅适用于模制成型，而3D打印成型过程的时间短，达不到效果。此外，该种聚乳酸复合材料采用的聚碳酸酯弹性体为不可降解材料，破坏了聚乳酸材料本身所具有的宝贵的可降解性。

随着3D打印技术的快速发展、普及和应用范围的不断拓宽，开发出适于3D打印成型、具有良好综合力学性能，并具有可降解性的聚乳酸复合材料，已经成为本领域技术人员的研究热点课题。

发明内容

本发明的目的之一是，提供一种适于3D打印用的高强度高韧性的耐热型完全生物降解的聚乳酸复合材料。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种适于3D打印成型的高强高韧聚乳酸复合材料，其特征在于，熔点为185-208℃，拉伸强度40.2-45.7MPa、伸长率74-183％、缺口冲击强度4.8-6.4KJ/m²；

其制备原料按质量份数分别为：

聚乳酸树脂，70-90份；该聚乳酸树脂为左旋聚乳酸与右旋聚乳酸的混合物，其中，左旋聚乳酸与右旋聚乳酸的质量比为1︰1-5︰1；

聚碳酸酯弹性体，10-30份；

抗氧剂，1份；