[发明专利]一种能发荧光的PLA基体用于3D打印的复合材料制备

说明书

本发明公开了一种采用在3D打印PLA（聚乳酸）材料基体中，复合强化一种会发荧光的聚乳酸(PLA)和掺钐铝酸镁荧光粉(MgAl2O4:Sm3+)，制备出3D打印应用的生物塑料复合丝材。通过3‑氨基丙基三乙氧基硅烷对银光粉进行改性，从而增强了PLA与荧光粉的相容性，从而使得在PLA材料中引入荧光物质得以实现，并应用于3D打印技术领域，拓展了3D打印的应用范围和艺术审美等方面的广泛要求。

技术领域

本发明涉及一种荧光3D打印材料的制备方法，更具体而言涉及一种发荧光的3D打印材料，利用该材料打印出来的样本模型刻广泛运用于美学附加值功能产品，提高产品的色彩、艺术和视觉表现力等效果。

背景技术

近年来，由于对减少环境污染的需求增加，可降解和可再生塑料受到了广泛的关注。聚乳酸(PLA)是一种由玉米和甘蔗等可再生资源生产的生物塑料，已被证明是一种可行的解决方案。然而，聚乳酸并不像石油基聚合物那样无处不在，包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等，主要是由于经济原因和其较差的力学性能。因此，增强聚乳酸和提高聚乳酸的性能是聚乳酸研究的热点。因此，不同类型的填料被同时利用，包括纤维素、碳(纤维、纳米管等)以及碳酸钙(CaCO3)等无机填料。聚乳酸的制备采用了多种工艺。值得注意的是，3D打印最近获得了极大的业界关注，因为它为制造复杂形状的产品提供了更高的潜力，而这是传统的聚合物加工路线无法实现的，这些路线严重依赖模具，如压缩成型和注塑成型。3D打印机不仅可以在有限的空间内操作，只产生少量的加工废料，而且可以让打印出来的物体呈现出美感的色彩。发光的3D打印件会在功能艺术领域中获得广泛的应用，其中美学和功能都是产品附加值的关键要素。此外，传统制造业(如玩具、纺织或鞋类)热衷于将3D打印件引入到其生产中，以便为各种客户增加新的视角，如色彩渐变、透明度和发光等。据我们所知，在PLA中引入发光荧光粉来制作3d打印发光产品的报道并不多。因此，制备用于3D打印应用的发光复合丝材是本研究的重点。陶瓷荧光粉由于粒径小，适合与聚合物基体共混，是一种很有前途的材料。因此，本发明创造了一种新型的Sm3+掺杂MgAl2O4荧光粉，它可以作为PLA的发光填料。

发明内容

本发明以聚乳酸(PLA)和掺钐铝酸镁荧光粉(MgAl2O4:Sm3+)为原料，制备了用于3D打印的发光生物塑料复合丝。采用金属配合物分解法制备了荧光粉。然后用3-氨基丙基三乙氧基硅烷对所得粉体进行改性，以提高粉体与聚乳酸基体的相容性。未处理和处理的荧光粉表现出Sm3+离子的特征光致发光(PL)峰。采用挤压法制备了不同磷光量(0、1、2、3、4phr)的聚乳酸复合丝(phr表示per hundreds of resin,即百分之一质量分数)。差示扫描量热法(DSC)显示，磷填料降低了PLA的玻璃化转变(Tg)、结晶(Tc)和熔化(Tm)温度。PL实验及测量表明，3D打印样品的发光特性类似于荧光粉。发光强度随荧光粉用量的增加而增大。荧光粉不仅增强了复合材料的发光性能，而且增强了复合材料的力学性能。此外，表面改性可以改善复合3D打印材料的力学性能，这在一系列的力学试验中得到了证明。

附图说明

图1 (a)未处理和(b)处理MgAl2O4:Sm3+的4种phr复合材料在正常和紫外光下的物理外观。PLA复合丝和(c)未处理或(d)表面改性MgAl2O4:Sm3+的DSC热图。

图2 聚乳酸复合纤维和(a)未处理或(b)表面改性MgAl2O4:Sm3+的光致发光光谱。

图3 (a)机械试验用3d打印试样。(b)复合材料的拉伸强度、(c)弯曲强度、(d)硬度和(e)冲击强度。

具体实施方式

表面处理MgAl2O4:Sm3+荧光粉的制备