[发明专利]一种纤维素基3D打印线材的制备方法

说明书

本发明涉及一种纤维素基3D打印线材的制备方法，属于生物质基3D打印材料领域。目的是为了提供一种生产成本低、工业化容易实施的生物质基3D打印材料的制备方法。将纤维素原料经过聚乙二醇(PEG；MW＝400)结合机械处理后，制得小于10μm的纤维素聚乙二醇分散液，用二氯甲烷洗去聚乙二醇得到纤维素的二氯甲烷悬浮液，加入一定量的硅烷偶联剂进行表面硅烷化改性。将改性的纤维素、增塑剂聚乙二醇、增韧剂溶液加到一定浓度的聚乳酸的二氯甲烷溶液中，混合均匀后，通过冷凝装置回收除去二氯甲烷溶剂。最后在一定温度下通过线型挤塑机挤塑制得纤维素基3D打印线材。

技术领域

本发明属于生物质基3D打印材料领域，特别涉及一种纤维素基3D打印线材的制备方法。

背景技术

纤维素和聚乳酸(PLA)均是自然界中可再生并且可降解的高分子。纤维素经过一系列的化学或物理过程可以得到纤维素微纤，纤维素微纤中纤维素分子链近乎完美的排列，使纤维素微纤具有良好的机械性能，可以作为增强材料提高高分子聚合物的机械性能，同时纤维素微纤又具有成本低、密度低、较好的机械性能、容易分离、可再生、封存二氧化碳、可生物降解、可化学或物理改性等优点。

PLA则是由丙交酯开环聚合，或者是乳酸直接聚合而成，而乳酸则是由淀粉或者甜菜糖的发酵得到。PLA是众多的生物降解塑料较重要的一种，有极为优良的机械性能、热塑性，PLA在人体内能够降解成乳酸，乳酸对人体无毒，有良好的生物相容性，目前已经在临床应用，可以用作免拆型手术缝合线、组织工程支架等，是国际公认的绿色高分子材料。PLA在自然环境中均可以降解为二氧化碳和水，不会造成环境污染。

专利CN104672826A公开了一种3D打印PLA耗材及其制备方法，该方法主要是采用PLA塑料、颜料、助剂按比例混合挤塑得到的线材。专利CN104592726A公开了一种用于3D打印的具有镀银效果的仿银复合耗材及其制备方法，由于采用金属铝银粉填充入PLA塑胶材料作为3D打印耗材的主材料，故使得该3D打印耗材打印出的模型成品。专利CN104262932A公开了低粘度高韧性具生物降解的PC/PLA合金及其制备方法，通过分别熔融共混PC和EVA反应挤出切粒得到PC-g-EVA接枝共聚物、熔融共混PLA和PCL反应挤出切粒得到PLA-Co-PCL接枝共聚物，再将PC-g-EVA和PLA-Co-PCL熔融共混挤出得到PC/PLA合金。目前，纤维素微纤用于材料的增强剂已经应用很广泛，曲萍等人采用微纳米纤维素增强PLA纤维素增加量为1％-4％，结果得到纤维素PLA增强膜具有较好的力学性能。Susanne Christ等人，将纤维素增强石膏用于3D打印材料，结果发现，纤维素增强石膏用于3D打印获得很好的力学性能，然而纤维素的增加量仅仅只有1％。纤维素基的3D打印线材的制备目前还未发现，在国内外，纤维素基3D打印材料还是空白。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明提供了一种纤维素基3D打印线材的制备方法。主要解决了现有方法中纤维素不能用于3D打印材料的或者仅仅将纤维素作为一种材料增强剂使用加入量非常少。目前3D打印材料市场上，高分子材料使用最多的是PLA和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)，而PLA由于具有生物可降解的性能受到很大的青睐，但是目前PLA价格相对比较昂贵，从而造成了PLA基3D打印材料的价格居高不下，限制了3D打印技术的发展。纤维素是自然界中取之不尽、用之的不竭的、绿色无污染的可再生资源，将纤维素转变为高附加值的产品越来越受人们的广泛关注。本发明将纤维素微纤复合PLA制取3D打印材料，纤维素微纤的含量可高达30％-50％，纤维素微纤的复合全面提高了传统PLA基3D打印材料的机械性能，同时大大降低PLA基3D打印材料的生产成本。

本发明所采用的技术方案是：一种纤维素基3D打印线材的制备方法，包括以下步骤：

(1)取一定量纤维素原料加入聚乙二醇(PEG)在120℃油浴下润胀2h；

(2)将润胀的纤维素原料通过机械挤压处理后，在均质机中分散10分钟，得到纤维素微纤的聚乙二醇分散液；