[发明专利]一种光固化3D打印竹纤维增强棕榈油基复合材料

说明书

本发明公开了一种光固化3D打印竹纤维增强棕榈油基复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。以生物质资源——棕榈油为原料，合成棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯，并将其与甲基丙烯酸丁香酚酯共混，同时加入改性竹纤维作为增强体，在光引发剂的作用下，在波长为405nm的紫外光照射下，打印出竹纤维增强棕榈油基复合材料。本发明制备的复合材料环境友好，且具有很好的拉伸和弯曲性能。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种光固化3D打印竹纤维增强棕榈油基复合材料及其制备方法。

背景技术

在复合材料应用广泛的今天，复合材料制作技术的精度限制了复合材料在工业上的应用。光固化3D打印技术可实现复合材料打印的高精度和高定制化。另一方面，复合材料的树脂基体通常来自石油基原料，不符合绿色与可持续的发展理念。因此，以生物基棕榈油和木质素为原料制备了生物基打印油墨成为研发热点。然而，生物基树脂通常存在性能缺陷。因此，可选用竹纤维作为增强材料以弥补生物基树脂的强度和模量，但亲水性的竹纤维与疏水性的树脂基体之间的界面结合弱，其阻碍了复合材料性能的进一步提高。因此，通过对竹纤维进行改性，赋予竹纤维活性高的不饱和双键，不仅可提高竹纤维的疏水性，还可使其参与交联，大大提高树脂交联密度及复合材料的性能。

因此，本发明以生物质棕榈油和木质素衍生物为原料，以改性竹纤维为增强体，制备了一种光固化3D打印竹纤维增强棕榈油基复合材料，此材料通过棕榈油单体与甲基丙烯酸丁香酚酯共聚，形成三维网络的热固性树脂，并对竹纤维进行改性以解决纤维与树脂间的界面问题，使竹纤维参与复合体系的反应，提高交联密度，力学性能显著提升。本发明提供的一种光固化3D打印竹纤维增强棕榈油基复合材料的制备方法，开拓了棕榈油资源的高效利用和新产品研发，可减少石油基产品的使用，有利于发展低碳经济。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种光固化3D打印竹纤维增强棕榈油基复合材料及其制备方法，利用生物质资源替代石油基原料，且解决了复合材料的高精度制备、竹纤维与树脂的界面结合等问题；制得的竹纤维增强棕榈油基复合材料环境友好，且具有很高的拉伸和弯曲性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光固化3D打印竹纤维增强棕榈油基复合材料的原料组成，按质量份数计包括：甲基丙烯酸丁香酚酯4份、棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯6份，改性竹纤维用量为混合物总质量的1~5%，光引发剂用量为混合物总质量的1~2%。

所述的棕榈油丙烯基单体是棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯（POFA-EA）。

所述的棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯的分子结构式为：

，其中R₁、R₂和R₃为棕榈油的脂肪酸链。

所述的甲基丙烯酸丁香酚酯的分子结构式为：

所述的光引发剂为苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦。

所述的棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯是由环保、绿色的原料合成得到，合成过程为：将150g棕榈油和150mL四氢呋喃置于三口烧瓶；随后加入115g N-羟乙基丙烯酰胺、0.1g 2,6二甲基苯酚、5g氢氧化钠；随后，将烧瓶置于水浴锅中并磁力搅拌（转速150r/min）、40℃反应16 h；反应产物分别经饱和食盐水反复提纯3~5次后，经旋转蒸发提纯，即得棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯。