[发明专利]一种可3D打印的木塑复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可3D打印的木塑复合材料及其制备方法，该材料包含：聚烯烃树脂混合物40‑60份；II型微纳米晶纤维素5‑10份；增强无机粉体5‑20份；偶联剂1‑2份；抗氧剂0.2‑0.5份；分散助剂1‑5份；该产品优点在于：(1)在聚烯烃树脂中添加刚性棒状微纳米晶纤维素能够提高木塑复合材料的热稳定性以及力学性能；(2)对微纳米晶纤维素表面进行偶联处理，可提高其与基体树脂的界面相容性；(3)分散助剂聚乙二醇的加入可以有效阻止微纳米晶纤维素纤维发生团聚现象。

技术领域

本发明涉及一种可3D打印的木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

天然植物中的纤维素是地球上最为丰富的天然高分子材料，作为 自然界中的可再生资源，取之不尽，用之不竭，其优异的化学物理性 能可替代部分石油化工产品，从而缓解对化石燃料的严重依赖。微晶 纤维素从天然植物纤维经深加工而成，具有价格低廉、较高的刚度和 强度、密度低于无机增强纤维等优异性能。微晶纤维素可以诱导聚丙 烯结晶在纤维表面生长成串晶结构，在一定程度内也增强了聚丙烯高 分子复合材料，同时提高了天然生物资源的使用效率，符合国家环保 政策发展方向。

大自然中的天然纤维素以I型结构存在，包含植物纤维素和细菌 纤维素。通过对天然的I型纤维素进行不同的化学方法处理，可以使 其转化为其他4种结晶变体。I型纤维素是由两条同向平行的分子链 堆砌而成，而II型纤维素由两条反向平行分子链间相互联结而成。 由于II型纤维素可同时形成分子内及分子间氢键作用力，故其晶型 结构在热力学上最为稳定。

纤维素表面含有大量羟基，微纳米尺度下处理极易产生团聚，严 重影响了其在混合物中的分散程度。聚乙二醇(PEG)分子链中醚氧 键可与微纳米晶纤维素分子链上的羟基形成氢键，采用PEG作为微纳 米晶纤维素水分散液中游离水和结合水的原位阻隔剂，从而把游离水 和结合水置换，可有效防止微纳米晶纤维素在加工过程中发生团聚。

中国申请专利201910233020.6以生物质材料或纤维素为原料,通 过膨润～磷酸溶解～球磨法高效制备微纳纤维素，将其添加到木塑复 合材料中改善其综合应用性能。其中部分植物纤维与微纳纤维素的预 混合：得到的微纳纤维素水悬浮液超声处理后，倒入干燥后的部分植 物纤维中，搅拌均匀，将混合物于105±2℃下干燥，得到植物纤维 与微纳纤维素的固体预混物。其优点在于将不同尺寸级数的纤维素纤 维混合，可同时为复合材料提供良好的韧性和强度，但因其表面存在 大量极性基团，预混物干燥后，充填过程中仍将得不到良好分散。

传统3D打印耗材无法同时满足良好的打印效果和较高的强度。 II型微纳米晶纤维素的掺杂，提高打印产品力学强度，同时具有木 质触感，提高了用户体验感。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可3D打印的木塑复合材料及其制备 方法。

本发明所述一种可3D打印的木塑复合材料，其组分按重量份数 计，包含：聚烯烃树脂混合物40-60份；II型微纳米晶纤维素5-10 份；增强无机粉体5-20份；偶联剂1-2份；抗氧剂0.2-0.5份；分 散助剂1-5份；所述II型微纳米晶纤维素是以天然生物质纤维素(I 型)为原料，在2℃的低温情况下，以10-25wt％浓度的NaOH液浸泡 6-12h天然生物质纤维素(I型),然后经清洗数次至中性、过滤而得 到。

上述组成物中的聚烯烃树脂混合物优选自：聚丙烯(PP)、聚乙 烯(PE)树脂、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、 中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、均聚聚丙烯(HPP) 和乙烯-丙烯共聚物(EPM)中的单种或多种的共混物。

上述II型微纳米晶纤维素的原料来源于蔗渣、稻草、秸秆和黄 麻等草本植物。将原料在2℃条件下浸泡在18wt％的NaOH水溶液9h， 清洗数次至中性、过滤而得到。II型微纳米晶纤维素粒径分布为 50nm-50μm，长径比为5-50。