[发明专利]一种3D打印改性聚氨基酸材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D打印改性聚氨基酸材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术是一种快速成型技术，它以构建数学模型为基础，通过逐层打印的方法来构筑材料。与传统的去除材料加工技术不同，3D打印技术是通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来制造三维实体的技术，又称为增材制造技术(Additive Manufacturing)。3D打印技术可以提高制作效率和精密程度。可使用的原料种类非常丰富，以生物体细胞为原料，可打印出器官、骨骼，以混凝土为原料可打印建筑；以金属为原料可打印机械零件。自发明至今，3D打印已经应用于模型制造、航空航天、生物医疗以及艺术创作等领域。

挤出成型技术是3D打印技术中的一种技术工艺，该技术采用成卷的塑料丝或金属丝作为材料，工作时将材料供应给挤压喷嘴，喷嘴加热融化材料，在电机的驱动下，沿着水平和垂直方向移动打印，热塑性材料从喷嘴中挤出，形成层并迅速硬化。目前可打印的材料包括ABS塑料，聚碳酸酯、聚氨基酸、聚苯砜等。

聚氨基酸具有生物相容性和生物降解性，传统的聚氨基酸材料，多利用溶剂挥发法制备为薄膜材料，目前针对聚氨基酸作为3D打印材料的技术文献资料很少。

聚氨基酸材料想要能够在3D打印技术中得到广泛的应用，聚氨基酸的韧性、冲击强度、热变形温度的提高应该作为首要的目标。未改性的聚氨基酸材料不能满足3D打印技术的力学性能的需求。

发明内容

本发明提出了一种3D打印改性聚氨基酸水凝胶材料。为实现上述目的，本发明利用挤出机，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氨基酸进行共混、接枝、交联改性，在经过造粒、拉丝工艺技术，制得适合3D打印技术的聚氨基酸材料。

一种3D打印改性聚氨基酸材料，其原料包括如下重量份的组分：

聚氨基酸75-85份

扩链剂1-5份

交联剂1-5份

成核剂0.5-1份

增韧剂5-10份

热稳定剂0.1-0.5份

补强剂1-5份

抗氧化剂0.3-0.8份，各组分之和为100重量份。

在本发明中，所述的聚氨基酸的分子量大于10万；优选为15万至25万，优选重量份为75份或80份。

所述的扩链剂是指能与线型聚合物链上的官能团反应而使分子链扩展、分子量增大的物质。包括但不限于甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯，优选重量份为3份或5份。

在本发明中，所述的交联剂是指那些能在线型分子间起架桥作用，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构的物质，具体而言是那些促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。本发明可选的交联剂包括但不限于三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，优选重量份为3份或5份。

所述的成核剂为高岭土、蒙脱土、黏土、滑石粉中的一种，蒙脱土和滑石粉的目数为2000-5000目，优选重量份为1份。

在本发明中，所述的增韧剂是指能增加胶黏剂膜层柔韧性的物质，具体而言为可降解的聚己二酸-丁二醇酯、聚丁二酸-丁二醇酯、聚(己二酸-丁二酸)丁二醇共聚酯中的一种，优选重量份为8份。

所述的热稳定剂为稳定剂1010、1096、168等一种或多种复配；优选重量份为0.5份。

所述的补强剂为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、碳纳米管、石墨、石墨烯、富勒烯等有机或无机添加材料中的一种或多种，优选纳米二氧化硅和碳纳米管，优选重量份为2份、3份或5份。

所述的抗氧化剂为2-硫醇基苯并咪唑、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、硫代二丙酸双十八酯中的一种或几种，优选重量份为0.5份。

在本发明的一个具体实例中，所述3D打印改性聚氨基酸材料的原料包括：75份的聚氨基酸、5份的甲苯二异氰酸酯、5份的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、0.5份的热稳定剂1010、1份的5000目的蒙脱土、5份的纳米二氧化硅、0.5份的抗氧剂、8份的聚丁二酸-丁二醇酯。

在本发明的另一个具体实例中，所述3D打印改性聚氨基酸材料的原料包括：80份的聚氨基酸、3份的二苯基甲烷二异氰酸酯、2份的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、0.5份的热稳定剂168，1份的5000目的滑石粉、5份的纳米碳纳米管、0.5份的抗氧剂、8份的聚己二酸-丁二醇酯。