[发明专利]一种用于3D打印的无卤阻燃聚乳酸材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种用于3D打印的无卤阻燃聚乳酸材料及其制备方法，其中，用于3D打印的无卤阻燃聚乳酸材料按重量百分比计，包括以下组分：聚乳酸53～78.6％；阻燃剂15～20％；增塑剂2.5～5％；增韧剂6～10％；其中，所述阻燃剂由焦磷酸哌嗪与三聚氰胺磷酸盐复配而成。本发明采用焦磷酸哌嗪与三聚氰胺磷酸盐的复配物作为阻燃剂，同时对增塑剂和增韧剂的用量进行优化，可以使无卤阻燃聚乳酸材料完全满足V0阻燃要求，且具有无析出、高氧指数的特性，同时还具有良好的韧性，完全满足3D打印需求。

技术领域

本发明涉及3D打印材料技术领域，具体涉及一种用于3D打印的无卤阻燃聚乳酸材料及其制备方法。

背景技术

3D打印又叫增材制造，是一种快速成型技术，而熔融沉积成型技术是3D打印技术中的一种，利用打印喷头将耗材加热至熔融温度，熔体流出后凝固，逐层堆积形成所需要打印的物品。用于3D打印的耗材通常制成直径为3.00mm的线材，这就要求线材具有良好的韧性和拉伸强度，这样就可以避免在打印时驱动轮牵引力作用下发生断丝的现象，同时为了保证打印的流畅性和打印效率，需要改善耗材的流动性，防止打印过程中发生喷头堵塞的问题。

聚乳酸(Polylactic acid，PLA)是主要以玉米淀粉提炼的乳酸为单体、经化学合成的新型生物可降解高分子材料，具有无毒、无刺激性、生物相容性好、强度高和可生物降解及吸收等特点，近年来在3D打印领域的应用研究越来越广泛。

聚乳酸的阻燃改性主要以添加阻燃剂为主的共混改性，用于聚乳酸的无卤阻燃剂目前有：石墨、有机膦、磷酸酯、聚磷酸铵及其复配物、次磷酸盐等，但由于物理性能(阻燃性、韧性)的影响限制了聚乳酸在3D打印领域的应用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于3D打印的无卤阻燃聚乳酸材料，其具有无析出、高氧指数的优点，满足V0阻燃要求，且具有良好的韧性。

本发明的另一个目的在于提供一种上述用于3D打印的无卤阻燃聚乳酸材料的制备方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种用于3D打印的无卤阻燃聚乳酸材料，按重量百分比计，包括以下组分：

聚乳酸53～78.6％，例如54％、55％、56％、58％、60％、62％、65％、68％、70％、71％、72％、73.5％、75％、75.8％或78％等；

阻燃剂15～20％，例如15.2％、15.4％、15.5％、16％、17％、18％、19％或19.5％等；

增塑剂2.5～5％，例如2.7％、2.9％、3％、3.2％、3.5％、4％、5.2％、4.5％或4.8％等；

增韧剂6～10％，例如6.2％、6.5％、6.8％、7％、7.2％、7.5％、7.8％、8％、8.3％、8.5％、8.8％、9％、9.1％、9.3％、9.5％或9.8％等；

其中，所述阻燃剂由焦磷酸哌嗪与三聚氰胺磷酸盐复配而成。

本发明采用焦磷酸哌嗪与三聚氰胺磷酸盐的复配物作为聚乳酸的阻燃剂，并同时对增韧剂和增塑剂的用量进行调整，从而可以获得具有无析出、高氧指数的优点，且满足V0阻燃要求的可用于3D打印的无卤阻燃聚乳酸材料。其中，焦磷酸哌嗪与三聚氰胺磷酸盐的复配物属于磷氮系阻燃剂，其在气相和凝聚相同时发挥阻燃作用，受热分解时释放出磷酸、偏磷酸和聚磷酸等强酸，促进基材脱水成炭；受热分解时还会释放出大量的PO·和PO₂·等自由基，捕捉燃烧链式反应中产生的H·、HO·、O·等活性自由基；分解生成含磷的玻璃态物质，覆盖在基材表面以隔绝空气，从而阻止可燃气体的释放。增韧剂和增塑剂的用量的优化可以使无卤阻燃聚乳酸材料满足V0阻燃要求的同时具有无析出、高氧指数的特性，且具有良好的韧性，完全满足3D打印需求。