[发明专利]一种熔融沉积成型用聚乳酸材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种熔融沉积成型用聚乳酸材料及其制备方法，涉及3D打印技术和塑料加工领域。

背景技术

3D打印技术又称增材制造技术，是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术在当今制造业中越来越具有竞争力，涉及信息技术、材料科学、精密机械等多个方面，因此被称为“具有工业革命意义的制造技术”。3D打印技术包括熔融沉积成型、选择性激光烧结、立体光固化成型等技术。

熔融沉积成型（FusedDepositionMolding,FDM）是一种将热塑性丝材经固体-熔体-固体两次相变加工成型的方法。热塑性丝材由供丝机构送进喷头，在喷头中加热至熔融态。熔融态材料从喷头中挤出，按计算机给出的二维截面信息，随加热喷头的运动，选择性进行涂覆。一层完成后，喷头上升一个层高（或工作台下降一个层高），再进行下一层的涂覆，如此循环，最终形成三维制件。FDM技术所使用的原料通常为热塑性高分子材料，包括聚乳酸（PLA）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯等。

PLA具有安全无毒，无刺鼻气味，熔融温度低，优良的生物相容性，生物可降解性，透明容易染色等诸多优点，因而在多个3D打印应用领域，特别是医疗领域广泛的应用。但是，PLA耐热性差、力学性能差，尤其是易发生脆性断裂，这极大的限制了打印物件的使用。开发新的FDM用PLA成为3D打印领域的一项重要研究内容。

通过添加无机填料的方法改善PLA力学性能是非常有效的一条途径。但是，由于PLA是疏水性材料，略带极性或亲水性的无机填料难以在PLA中分散均匀，容易发生聚集，极大影响了PLA力学性能的提高。专利CN103665802A公开了一种可用于3D打印的PLA材料改性方法。该方法是用无机纳米材料作为增韧剂对PLA进行增韧改性，并使用行星磨增强粉体在PLA中的分散性，但加工效率低，不可用于工业生产。同样地，仅仅利用加工工艺，如双螺杆挤出等促进无机填料在PLA中的分散很难获得理想的效果。

为解决无机填料在PLA中分散的问题，提升PLA力学性能，扩大PLA在3D打印领域的应用，亟需一种新的FDM用PLA材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种熔融沉积成型用聚乳酸，以克服现有熔融沉积成型用聚乳酸材料的缺陷，聚乳酸-聚乙二醇共聚物的加入能够改善聚乳酸材料的疏水性，促进无机填料在PLA中的分散，从而大幅提升聚乳酸材料的力学性能。

本发明的另一目的是提供一种熔融沉积成型用聚乳酸材料的制备方法，工艺简单，能够快速生产出符合熔融沉积成型要求的聚乳酸材料。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种熔融沉积成型用聚乳酸材料，它是由下述重量份数的原料制成的：聚乳酸100份、无机填料1-30份、聚乳酸-聚乙二醇共聚物2-30份、润滑剂0.9-3份、增塑剂0.9-3份、稳定剂0.2-2份、抗水解剂0.1-2份。

所述聚乳酸材料的重均分子量为50000-500000。

所述无机填料为纳米二氧化硅、高岭土、锂皂石、碳酸钙或钛酸钾晶须中的一种或至少两种形成的混合物。

所述聚乳酸-聚乙二醇共聚物中聚乳酸与聚乙二醇的质量比为1:10-10:1，聚乳酸-聚乙二醇共聚物的重均分子量为100000-200000。

所述润滑剂为聚烯烃或硬脂酰胺类润滑剂中的至少一种。

所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、环氧大豆油、甘油或合成植物酯中的一种或几种的混合。

所述稳定剂为受阻酚类大分子型抗氧剂、亚磷酸类抗氧剂和烷酯类抗氧剂中的一种或几种的混合，优选自下述两种的联用：抗氧剂1010，四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；抗氧剂168，三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。

所述的抗水解剂为碳化二亚胺化合物、聚氨酯抗水解剂、聚碳化二亚胺化合物中的至少一种。

一种熔融沉积成型用聚乳酸材料的制备方法，包含以下步骤：

（1）原材料的处理：准备各原料，将聚乳酸、聚乳酸-聚乙二醇共聚物和无机填料进行烘干操作；

（2）试剂与原材料混合：先向搅拌机中放入聚乳酸、聚乳酸-聚乙二醇共聚物和无机填料，搅拌1分钟后再添加润滑剂，搅拌3分钟后添加增塑剂，搅拌直到颗粒表面均泛液体亮光，即搅拌均匀，待混合完成后，再添加稳定剂和抗水解剂进行后续混合，继续混合2分钟，最后得到混合原料；