[发明专利]包含热解木质纤维素填料的大规模增材制造材料

说明书

在第一方面，本发明涉及一种材料(20)用于大规模增材制造的用途，所述材料包含(i)聚合物基质和(ii)分散在聚合物基质中的热解的木质纤维素填料。

技术领域

本发明涉及增材制造材料(additive manufacturing material)，尤其是涉及用于大规模增材制造的基于聚合物的增材制造材料，该材料包含来自木质纤维素生物质的填料。

发明背景

木质纤维素生物质(如木材或作物)是一种可以大量持续生长的原材料，使其成为一种相当丰富的可再生资源，在不断寻求更可持续的未来方面具有巨大潜力。尽管木质纤维素生物质的主要用途仍然是能源(例如通过燃煤)和造纸，但其他用途的数量在继续增加。例如，使用粉末形式的木质纤维素生物质的应用越来越多，例如用作热塑性塑料和纸制品中的填料。此外，大量的研究仍在进行中，以寻找利用这种粉末状木质纤维素生物质的新方法，包括对其进行酶促、化学和/或热化学转化以产生能源和/或化学品。

将木质纤维素生物质转化为粉末状，通常显著有利于其储存和输送性能，以及其在特定应用中的适用性和可加工性。然而，以可控的方式将木质纤维素生物质分散成粉末是一个相对复杂的挑战；这主要是因为木质纤维素生物质在宏观和微观层面上往往都倾向于是一种复合材料。构成木质纤维素生物质的纤维通常是由通过富含木质素的中间薄层粘合在一起的细胞结构形成的。此外，单个纤维本身就是这样的复合物，因为细胞壁通常由不同排列的纤维素微纤维层组成，这些纤维素微纤维通过木质素基质中的半纤维素交联在一起。此外，木质纤维素生物质在流变学上是一种粘弹性材料。粘性行为导致内部摩擦，因此，施加在其上的大部分机械能被转化为热量。

天然纤维塑料复合物(NFPC)，如木材-塑料复合物(WPC)，是由天然纤维(如木材、亚麻或竹子)和热塑性塑料制成的复合材料。它们是相对较新的材料，被开发为(热带)硬木的替代品，相比之下，它们有更多的加工可能性。例如，NFPC被应用于露台部件、栏杆、栅栏、墙壁装饰板等。

与许多其他材料一样，已经在增材制造领域对打印NFPC进行了探索，尽管这仍处于早期阶段。然而，一个主要的缺点是通常会出现堵塞和低打印速度的问题。尽管如此，NFPC作为打印材料的潜在优势是有吸引力的，例如在强度、耐久性等方面，因此，增材制造系统的建设者和用户期待着在这一领域的进一步发展。因此，在本领域中仍然需要更好的基于NFPC的增材制造材料。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于大规模增材制造的良好材料。本发明的另一个目的是提供与所述材料相关的优良用途、方法和产品。该目的通过根据本发明的大规模增材制造材料、用途、方法和产品来实现。

本发明的实施方式的一个优点是，增材制造材料对材料的流变性表现出显著的影响。本发明的实施方式的另一个优点是，产品可以以相当高的悬垂角度(例如高达60°或更高)打印。

本发明的实施方式的一个优点是，增材制造材料具有相对低的水分含量和/或吸收量(uptake)。本发明的实施方式的另一个优点是，热解(pyrolyze)(例如烘烤(torrefy))的木质纤维素生物质更疏水，因此亲水性更低。

本发明的实施方式的一个优点是，可以获得打印良好的产品，其不同层之间具有良好的附着性，并且打印缺陷(如收缩、翘曲、象足(elephant foot)等)最小。

本发明的实施方式的一个优点是，增材制造材料具有相对低的粘度。本发明的实施方式的另一个优点是可以以相对高的速度打印产品。

本发明的实施方式的一个优点是，与未热解的天然纤维相比，热解的木质纤维素生物质更容易研磨。本发明的实施方式的另一个优点是，热解的木质纤维素填料易于处理、储存、运输、定量、加工、复合等。本发明的实施方式还有另一个优点是，打印产品具有良好的均匀性和/或各向同性。