[发明专利]一种用于3D打印的PBC材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚碳酸丁二醇酯(PBC)材料，尤其涉及一种用于3D打印的PBC材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术，即增材制造技术，与机器人技术、人工智能技术一起被称为推动第三次工业革命的关键技术。3D打印技术是一种通过逐层增加堆积材料来生成三维实体的快速增材制造技术，它与传统的减材制造技术相比，具有损耗低、产品制造智能化、精准化和高效的特点。尤其是涉及到复杂形状的高端制造领域，3D打印技术显示出了巨大的优越性。

根据打印技术原理以及所适用材料的不同，3Ｄ打印技术可分为激光熔覆成型技术(LCF)、融沉积快速成型技术(FDM)、选择性激光烧结技术(SLS)、立体光固化技术(SLA)、三维印刷成型(3DP)等。FDM是一种快速、安全、廉价的快速成型工艺，它容易操作，所用设备成本低，工艺简洁，可用材料种类多，较为廉价且利用率高，适合办公室环境使用。目前FDM系统在全球已安装的快速成型系统中约占30%，是目前流行的桌面3D打印机采用的主流技术。

耗材是FDM打印技术研究热点之一，目前见诸报道的3D打印高分子耗材主要由：聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚己二酸/对苯二甲酸丁酯(PBAT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯(PETG)、聚己内酯(PCL)、尼龙11(PA11)、生物基热塑性聚氨酯(TPU)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚苯砜(PPSF)等。

聚碳酸丁二醇酯(PBC)是最新开发的一种可完全生物降解的材料，它是以CO²为原料制成单体，再经过酯交换法制得。PBC在自然界中的微生物作用下，经过醇解反应或者水解反应，生成低分子的二元醇、水、CO²。PBC具有很好的力学性能，拉伸强度高达40MPa，断裂伸长率约为300%，是纯PLA的50倍。目前，PBC主要用做静电纺丝材料、多孔膜材料、薄膜材料、中空纤维膜等，用3D打印材料的报道尚未见报道。

发明内容

基于上述背景和问题，本发明的目的在于提供一种用于3D打印的PBC材料及其制备方法。本发明采用完全降解生物材料聚碳酸丁二醇酯(PBC)，与无机填料、小分子扩链剂、交联剂、及其他组分通过熔融共混，以达到增强、交联、增韧的效果，最终制备适用于3D打印的PBC高分子材料。

本发明的上述效果是通过如下技术方案实现的：

本发明所述的一种用于3D打印的PBC材料，其特征在于：按照重量百分比配方：

PBC75-95

无机填料0.1-20

扩链剂0.1-0.5

交联剂0.1-0.5

成核剂0.1-2

抗氧剂0.2-1

润滑剂0.2-2。

所述的无机填料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土、碳纳米管、石墨烯、碳纤维、碳黑、石墨、富勒烯、石墨纳米片中的一种或几种任意比例的混合物。

所述的扩链剂为邻苯二甲酸酐、丁二酸酐、均苯四甲酸酐、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯的一种或几种任意比例的混合物。

所述的交联剂为三羟基甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯一种或两种任意比例的混合物。

所述的成核剂为高岭土、碳酸钙、水滑石、凹凸棒石、云母、滑石粉、硫酸钙晶须、蒙脱土、二氧化硅、二氧化钛、苯甲酸镧、环磷酸镧、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种任意比例的混合物。

所述的抗氧剂为茶多酚、植酸、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯(1010)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(168)、双季戊四醇二亚磷酸酯(626)中的一种或几种任意比例的混合物。

所述的润滑剂为硬酯酸、N,N'-乙撑双硬脂酰胺(EBS)、氧化聚乙烯蜡、硬酯酸镁、白油中的一种或几种任意比例的混合物。

本发明的另一个目的是提供一种用于3D打印的PBC材料的制备方法，包括如下步骤：

A.将PBC真空干燥，最优选在40℃真空干燥箱中干燥12h；

B.按照重量百分比配方，称取干燥后的PBC、无机填料、扩链剂、交联剂、成核剂、抗氧剂、润滑剂；

C.将称取后的各组分置于高速捏合机中，保持转速1000-6000rpm/min，高速搅拌5-30min；