[发明专利]一种改性聚乳酸3D打印细丝材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性聚乳酸3D打印细丝材料及制备方法，具体属于3D打印材料技术领域。

背景技术

3D打印是一种新的快速成型技术，3D打印技术的优点是非常明显的，无需事先准备模具，并且在制造过程中不浪费大量的材料，制造手段也比较简单。其中，FDM 3D打印制品可靠性高、力学性能好、价格低廉、体积小、无污染、灵活、生产操作简便且特别适合家庭、办公室使用。然而机器和材料的局限性制约了FDM 3D打印的发展，其中材料约束尤为关键。由于FDM 3D打印的特殊成型方式，对材料各方面的性能要求极高，如熔体流动性好、快速凝固性、成型过程中不易堵喷嘴等，所以相对品种繁多的高分子材料，适用于FDM 3D打印高分子材料数量很少。目前，FDM 3D打印材料大部分是非降解高分子材料，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)等非降解高分子材料，不符合当今绿色环保再生材料的发展标准。PLA是一种生物降解FDM 3D打印高分子材料，但PLA脆性较高、韧性较差，难以满足更为广泛的工业要求。因此，制备一种可打印、韧性好、可完全降解的改性聚乳酸细丝材料具有更大的应用前景。

为了开发适合FDM 3D打印且韧性好的PLA细丝材料，专利CN106117997A介绍了一种以聚乳酸、硅烷偶联剂、热塑性弹性体与木粉为主要混合组分的新型聚乳酸复合3D打印材料的制备方法；专利CN106009569A介绍了一种以聚乳酸、ABS、增韧剂、相容剂熔融共混组份的增韧改性聚乳酸3D打印材料的制备方法；专利(CN105385124A、CN106496980A、CN106189135A)分别介绍以碳纤维、石墨烯、玻璃纤维为无机填料改性聚乳酸的新型聚乳酸3D打印复合材料的制备方法。以上研究采用不降解的有机物和无机物增韧改性聚乳酸的3D打印细丝材料具有较好的打印性与韧性。

本发明采用一种生物降解材料增韧改性聚乳酸(PLA)与适合的挤出条件参数，制备出一种新的改性聚乳酸FDM 3D打印生物降解细丝材料。通过调节增韧改性剂的含量可以制备多种不同性能的FDM 3D打印生物降解细丝材料，同时，增韧改性PLA还是一种打印好、韧性好、可完全降解的3D打印生物细丝材料，在工业制品、生活用品，特别是在生物医疗制品等方面有着巨大的潜在应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合FDM 3D打印生物降解高分子细丝材料的制备方法。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

步骤1：增韧改性剂和聚乳酸共混物的制备

增韧改性剂和聚乳酸在60 ℃下真空干燥24 h后，按质量比例加入到高速混合机中混合均匀，并采用挤出机熔融共混挤出造粒，制得增韧改性剂和聚乳酸共混物；共混挤出机三段加工温度分别设定为160~165 ℃ 、170~175 ℃ 和175~180 ℃ ；增韧改性剂、聚乳酸的质量比例为：0~40份∶60~100份。

步骤2：增韧改性剂和聚乳酸共混物细丝的制备

以步骤1制备的共混物为原料，采用桌面挤出机，在180~200 ℃ 的挤出温度与2~6rpm的螺杆转速下，挤出直径为1.75±0.1mm的增韧改性剂和聚乳酸共混物细丝，即得到改性聚乳酸3D打印细丝材料。

所述的增韧改性剂是PCL(聚己内酯)、PEG(聚乙二醇)或TBC(柠檬酸三丁酯)。

本发明的有益效果：本发明采用增韧改性PLA制备FDM 3D打印高分子材料，既克服了FDM 3D打印高分子材料种类的限制，又改善了PLA的韧性，同时还可完全降解，在工业制品、生活用品，特别是在生物医疗制品等方面有着巨大的潜在应用价值。

具体实施方式

实施例1

步骤1：聚乳酸(PLA)/聚己内酯(PCL)共混物的制备

将PLA和PCL在60 ℃ 下真空干燥24 h，然后按照一定配比称量在高速混合机中充分混合，采用单螺杆挤出机熔融挤出造粒制备PLA/PCL共混物，挤出机三段温度分别设定为165 ℃ 、175 ℃ 、180 ℃ ，共混物按质量份数组成：聚乳酸 100份，聚己内酯 0份。

步骤2：PLA/PCL共混物细丝的制备

在一定的挤出温度(190 ℃)与螺杆转速(3.5 rpm)下，使用桌面挤出机制备合格细丝。

实施例2

步骤1：PLA/PCL共混物的制备