[发明专利]一种3D打印改性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3D打印材料及其制备方法，具体涉及一种3D打印改性聚乳酸材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术又称增材制造技术，实际上是快速成型领域的一种新兴技术，它是一种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。基本原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术。目前，3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些传统依赖的精细加工工艺。另外，3D打印技术逐渐应用于医学、生物工程、建筑、服装、航空等领域，为创新开拓了广阔的空间。

熔融挤压堆积成型技术（FDM）是3D打印技术中常用的一种技术工艺，原理是利用热塑性聚合物材料在熔融状态下，从喷头处挤压出来，凝固形成轮廓形状的薄层，再一层层叠加最终形成产品。目前市场上熔融挤压堆积成型技术较常用的聚合物材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）、聚乳酸（PLA）、尼龙（PA）和聚碳酸酯（PC），其中聚乳酸是最受人们欢迎的材料，也是最有前途的可生物降解高分子材料之一。

聚乳酸具有的无毒，无刺鼻性气味，熔融温度较低，可降解无污染，冷却收缩率小，透明容易染色等优点都符合3D打印技术对聚合物材料的要求；但聚乳酸的结晶度较小、分子链中酯键键能小，容易断裂的因素造成聚乳酸的热变形温度低、冲击强度低、韧性不好的缺陷，导致由聚乳酸打印出来的产品应用范围受到很大的限制，因而，必须通过改性来克服聚乳酸在3D打印材料中的应用的缺陷。

目前针对聚乳酸作为3D打印材料的改性技术文献资料还很少。传统的聚乳酸改性大多采用挤出机作为改性的主要设备，一方面存在反应程度不够，反应效率低、改性剂利用率低的缺点；另一方面也存在在高温和螺杆的强剪切力作用下，聚乳酸的分子链很容易发生断裂降解，从而，在用双螺杆挤出机进行聚乳酸改性的同时，也会一定程度的降低聚乳酸的冲击强度、耐热性等性能，造成改性效果并不理想，更不适合用作3D打印的材料。

中国专利公开号CN103146164A公开了一种用于快速成型纳米材料增韧的聚乳酸材料及其制备方法，该方法是利用双螺杆挤出机对聚丙烯酸酯微球和聚乳酸进行共混挤出改性，虽然增强了聚乳酸的韧性，但未对聚乳酸的冲击强度低和热变形温度低进行改性提高，而且使用双螺杆挤出机进行共混改性，对聚乳酸的冲击强度造成了负面影响。

中国专利公开号CN103087489A公开了一种聚乳酸改性材料及其制备方法，该方法用聚醚型聚酰胺弹性体和蒙脱土作为改性剂，以双螺杆挤出机做改性设备，增强了聚乳酸的拉伸强度和断裂伸长率，但聚乳酸的冲击强度低和热变形温度低的缺陷未得到改善，并且双螺杆挤出机的使用，造成聚乳酸分子的部分降解，聚乳酸的冲击强度降低。

聚乳酸材料想要能够在3D打印技术中得到广泛的应用，聚乳酸的韧性、冲击强度、热变形温度的改性提高应该作为首要的改性目标。单一的性能提升并不能满足3D打印技术对聚乳酸材料的性能需求，而且改性反应的条件也是影响改性效果和最后性能的重要因素。

发明内容

针对目前3D打印聚乳酸材料存在冲击强度低、韧性差、耐热性差的缺陷，本发明提出了一种3D打印改性聚乳酸材料及其制备方法。为实现上述目的，本发明利用低温行星式球磨机，将交联剂、扩链剂、成核剂等改性剂在相互协同的作用下与聚乳酸进行共混、接枝、交联改性，再经过造粒、拉丝工艺技术，制得适合3D打印技术的聚乳酸材料。

本发明一种3D打印改性聚乳酸材料，其特征在于其各组分按重量份计为：

聚乳酸               70-85份，

扩链剂                 1-5份，

交联剂                 1-5份，

成核剂               0.5-1份，

低分子量聚合物        5-10份，

增韧剂                5-10份，

补强剂                 1-5份，

抗氧剂             0.3-0.8份，