[发明专利]一种高强度形状记忆性3D打印生物塑料以及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印材料技术领域，具体是涉及一种高强度形状记忆3D打印生物塑料。

背景技术

3D打印技术被称为快速成型技术，也称为增材制造技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术。与传统制造技术相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制造过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，因此，在生产上可以实现结构优化、节约材料和节省能源。

3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础，在某种程度上，材料的发展决定着3D打印技术能否有更广泛的应用空间，目前，熔融沉积(FDM)3D打印技术所用的生物材料力学强度较差，传统的3D打印生物材料所打印的产品缺乏形状记忆功能，不能实现可变塑形，在医疗领域的应用中影响仿真性和灵活性，且不具有形状记忆性，限制了其在医疗行业的应用范围和实用性。

传统的3D打印生物材料以PLA线材为主，但PLA的抗冲击强度差，打印产品容易损坏且不具备形状记忆性，近年来也有以PCL为基的打印线材问世，但其拉伸强度和弯曲强度都不能满足医疗行业应用需求。

因而，急需研究出一种高强度形状记忆性3D打印生物塑料来解决上述问题。

发明内容

针对以上不足，本发明提供了一种高强度形状记忆性3D打印生物塑料，其特征在于：它是由PLLA、PCL、CaCO₃复合而制成的，其中PLLA占材料总质量比为25％-80％，PCL占材料总质量的17％-72％，CaCO₃占总材料质量的3％。

为了进一步实现本发明，所述PLLA材料占材料总质量比为50％-80％，所述PCL占材料总质量的17％-47％，所述CaCO₃占总材料质量的3％。

为了进一步实现本发明，所述PLLA材料占材料总质量比为57％，所述PCL占材料总质量的40％，所述CaCO₃占总材料质量的3％。

为了进一步实现本发明，所述CaCO₃为纳米CaCO₃。

为了进一步实现本发明，包含以下步骤，

(1)原材料的处理：将PLLA、PCL在真空干燥24h，将残留在PLLA、PCL中的水分蒸发；

(2)混料：将PLLA/PCL/CaCO₃按照上述比例机械混合均匀；

(3)熔融挤出：将(3)中的复合体系加入双螺杆挤出机中，加料速度保持均匀流畅，保证在挤出过程中不产生赌赛，出丝稳定流畅，

(4)冷却干燥：挤出线经由三次冷却，线材从挤出机挤出后立即经过初段冷却，采用70～80℃循环水冷，然后经由室温循环水冷，最后经由室温风冷同时起到干燥作用；

(5)线材冷却干燥后由收卷机收线，收卷机配置激光测径设备，调整收线速度以保障线材直径为1.75±0.005mm，每卷收线约340m；

(6)干燥：收线完成后将线材在真空烘箱中45℃下真空干燥24h，即可用于3D打印设备。

为了进一步实现本发明，步骤1)中的将PLLA的干燥温度为55℃，PCL的干燥温度为室温。

为了进一步实现本发明，所述步骤3)中的双螺杆挤出过程分三段控温，熔融温度为190℃，挤出温度为185℃，挤出模头温度为185℃，挤出模头内径为2mm。

有益效果：

1、PLLA具有良好的力学性能，拉伸模量较大，刚性强，但抗冲击性能差，PCL韧性极好，具有良好的生物相容性与降解性，药物通透性及形状记忆性等，当拉伸模量较高而质地硬脆的PLLA与拉伸模量较低确韧性极佳的PCL共混后，既可以保证共混后的复合材料的降解性能与生物相容性，又可以在力学性能上相互取长补短，最终实现综合力学性能的改善，碳酸钙来源易得，污染小，白度高，填充量大且混炼加工性能好，纳米碳酸钙既能增容还能增强增韧，主要原因在于纳米材料的特殊属性，颗粒尺寸进入纳米量级后，纳米粒子的表面能和表面结合能增大，同时由于表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，有不饱和性，表现出活性表面。纳米粒子的高活性，使得其易于基体中的高分子链产生键合，又可以与高分子链发生化学键和反应。