[发明专利]一种水性改性聚氨酯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水性改性聚氨酯复合材料，其按重量份计包括如下原料组分：20～50份改性生物基异氰酸酯、45～90份生物基多元醇、10～25份改性聚氯乙烯、1～5份硅烷偶联剂、1～5份封端剂、1～2份纳米粒子、0.5～3份颜料。本发明引入了生物基原料，同时通过选用改性生物基异氰酸酯以及增加改性聚氯乙烯和纳米粒子实现了生物基异氰酸酯的复合改性，使得该改性生物基异氰酸酯兼具优异的综合性能，从而使得制备得到的水性改性聚氨酯复合材料具有优异的强度、硬度和抗压性能，且经3D打印制备出的工件收缩率低、无外观缺陷。本发明还公开了该水性改性聚氨酯复合材料的制备方法，其工艺简单，环保无毒，有利于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及3D打印材料技术领域，特别涉及一种水性聚氨酯复合材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术具有不受零件复杂程度限制，完全数字化控制等特点，目前已经广泛应用于加点、汽车、工程机械、航天航空的领域。聚氨酯树脂是3D打印技术中常用的材料之一，其具有硬度高、强度高、粘结好等特点，然而在树脂聚合过程中仍无法克服收缩率高导致工件翘曲变形的缺陷。另外，当前3D打印材料均往绿色、环境友好、资源节约等方面发展，开发环保可生物基降解的3D打印材料势在必行。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种水性改性聚氨酯复合材料，其适用于3D打印，可有效提高3D打印制品的强度、硬度和抗压性能，且其收缩率低、无外观缺陷。同时提供该水性改性聚氨酯复合材料的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：一种水性改性聚氨酯复合材料，其按重量份计包括如下原料组分：20～50份改性生物基异氰酸酯、45～90份生物基多元醇、10～25份改性聚氯乙烯、1～5份硅烷偶联剂、1～5份封端剂、1～2份纳米粒子、0.5～3份颜料。

作为上述方案的进一步改进，所述改性生物基异氰酸酯为通过带羟基的部分酯化苯乙烯马来酸酐共聚物改性的生物基异氰酸酯。

作为上述方案的进一步改进，所述生物基异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。

作为上述方案的进一步改进，所述生物基多元醇选自蓖麻油、蓖麻油改性多元醇、二聚酸多元醇、1,3-丙二醇聚醚多元醇中的其中一种。

作为上述方案的进一步改进，所述改性聚氯乙烯的制备方法为：将聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙二醇、淀粉和硫酸铜按照质量份数比为16:20:15:10:0.5加入到球磨机中，筒体转速为21～28r/min，维持体系温度20～27℃条件下反应20min，将质量分数比为26～37的水添加至球磨机中，维持上述反应条件下继续球磨反应15min，产物经-80℃冷冻干燥5h，产物经粉碎即得。

作为上述方案的进一步改进，所述封端剂选自甲酮肟、己内酰胺、乙二醇单丁醚、3,5-二甲基吡唑中的至少一种。

作为上述方案的进一步改进，所述纳米粒子选自纳米二氧化硅或碳纳米管。

作为上述方案的进一步改进，所述颜料选自颜料红BL、颜料红HF3C、颜料红P2GL、颜料品红BRT、颜料红A3R、永固红F5RK、永固黄F3RK、颜料黄3R、颜料黄HFG、颜料黄2RLF、永固黄G、永固黄GR、永固黄HR、颜料蓝2BSF、颜料蓝A2R、酞菁蓝B、酞菁蓝BS、酞菁蓝BGS中的至少一种。

一种如上所述的水性改性聚氨酯复合材料的制备方法，其包括如下工艺步骤：

1)按原料重量份计将改性生物基异氰酸酯与生物基多元醇混合并在60～85℃温度条件下进行反应，后加入纳米粒子和硅烷偶联剂进行原位聚合，再加入封端剂在80～95℃温度条件下进行封端，得封端性改性生物基异氰酸酯预聚体；

2)将封端型改性生物异氰酸酯预聚体、改性聚氯乙烯和颜料混合并在60～85℃温度条件下搅拌均匀，搅拌时间为3～5h，得成品。