[发明专利]一种原位增强的木制品UV-3D打印涂层及其制备方法

说明书

本发明提出一种原位增强的木制品UV‑3D打印涂层及其制备方法，该涂层包括打印原材料和改性纳米纤维素，其制备方法为将增强体、催化剂与打印原材料按照一定比例混合制备可用于木制品UV‑3D打印涂层的打印复合树脂；将打印复合树脂导入UV‑3D打印机，通过调控打印机精度、速度和UV波长等打印参数，改性纳米纤维素与打印原材料在UV‑3D打印过程中发生原位聚合反应，从而在木制品表面制备得到一种原位增强的UV‑3D打印涂层。解决了现有技术中UV‑3D打印涂层存在的强度低、界面结合弱等问题。本发明通过高刚性、高强度的纳米纤维素能够提高打印涂层的强度，同时打印复合树脂在打印过程中发生原位聚合反应，使打印涂层与木制品的界面结合也得到有效增强。

技术领域

本发明涉及一种UV-3D打印涂层及其制备方法，具体涉及一种原位增强的木制品UV-3D打印涂层及其制备方法，属于材料加工领域。

背景技术

通过传统工艺(如涂饰和印刷)建立的木制品表面装饰涂层能够有效提高木制品的外观质量和功能性，但这些方法仍然存在工艺复杂、饰面要求高以及有害挥发物释放等诸多问题。随着科技的进步和人们环保意识的增强，新型技术(如3D打印技术)在木制品涂层中的应用受到广泛关注，在木制品表面装饰、功能化等领域具有巨大应用前景。

UV-3D打印涂层成型工艺简单、效率高、能耗少、原材料绿色环保，已被广泛应用于光电、储能、电磁屏蔽、传感器及生物医药等领域。2011年UV-3D打印技术被首次用于木制品表面装饰，为低成本、绿色、环保、高附加值木制品涂层的开发利用提供了新思路。然而，在快速打印过程中丙烯酸酯基树脂发生不完全固化，导致涂层强度大大降低。此外，打印过程中丙烯酸酯基树脂在木制品表面的浸润和渗透性较差，固化的树脂无法与木制品表层形成有效的胶结作用，导致打印涂层与木制品的界面结合降低；另一方面，由于丙烯酸酯基树脂与木制品之间的极性差异，二者在打印过程中界面结合较弱，导致打印涂层在实际应用时发生开裂和剥落现象，进而严重影响木制品的使用性和美观性。

因此，虽然UV-3D打印技术可以实现木制品涂层的高效制备，但是打印涂层强度低、界面结合弱，限制了UV-3D打印涂层在木制品表面装饰中的拓展应用。利用原子转移自由基聚合活性、可控的反应原理，若将活性自由基接枝到纳米纤维素表面，将改性纳米纤维素作为大分子引发剂与丙烯酸酯基树脂混合打印，不仅能通过高刚性、高强度的纳米纤维素提高打印涂层的强度，同时活性自由基与丙烯酸酯基树脂在打印过程中(UV照射条件下)发生原位聚合，使打印涂层与木制品的界面结合也得到有效增强，这对UV-3D打印涂层在木制品中的拓展应用及木制品的高附加值利用，具有十分重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位增强的木制品UV-3D打印涂层及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的现有UV-3D打印木制品涂层存在的强度低、界面结合弱等问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种原位增强的木制品UV-3D打印涂层，利用改性纳米纤维素来增强打印原材料，改性纳米纤维素与打印原材料在UV-3D打印过程中发生原位聚合化学反应，从而制备得到原位增强的木制品UV-3D打印涂层；所述改性纳米纤维素为纳米纤维素与丙烯酸树脂单体、催化剂混合通过原子转移自由基聚合反应制备而成的。

优选地，所述木制品为实木制品、人造板制品、竹制品中的一种或者其中几种的混合物；所述纳米纤维素为以木材、农作物秸秆、竹材、动物纤维为原材料制备得到的纳米纤维素中的一种或者其中几种的混合物。

优选地，所述的打印原材料为丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、环氧-聚酰胺中一种或者几种的混合物。

一种原位增强的木制品UV-3D打印涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将所述纳米纤维素与丙烯酸树脂单体、催化剂按照一定比例混合通过原子转移自由基聚合反应制备改性纳米纤维素；