[发明专利]一种应用于3D打印的生物基水性聚氨酯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种应用于3D打印的生物基水性聚氨酯复合材料及其制备方法，涉及3D打印材料技术领域。本发明的生物基水性聚氨酯复合材料包括生物基异氰酸酯、生物基大分子多元醇和纳米粒子。本发明的生物基水性聚氨酯复合材料完全满足3D打印领域对材料的粘度和耐热性要求，并且具有绿色环保可降解的优点。

技术领域

本发明属于3D打印材料技术领域，特别是涉及一种应用于3D打印的生物基水性聚氨酯复合材料及其制备方法。

背景技术

生物基材料是以可再生资源为原料，通过生物或化学方法合成出的一类新材料，注重生产原料的生物来源性和可再生性，是当前合成材料的重要方向，由于其绿色、环境友好、资源节约等特点，被誉为创造绿色GDP的领航产业，成为各级政府大力支持发展的战略重点。随着3D打印技术的不断发展，其对材料的要求越来越严格，开发环保可生物基降解的材料势在必行。目前3D打印材料主要包括光敏树脂复合材料、高分子粉末材料、石蜡粉末材料、陶瓷粉末材料、熔丝线材料、FDM陶瓷材料、木塑复合材料、FDM支撑材料。而聚氨酯材料由于具有硬度高、强度高、粘结好等特点，可有效提高3D打印制品的强度，因此在3D打印技术材料领域研发生物基水性聚氨酯复合材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于3D打印的生物基水性聚氨酯复合材料及其制备方法，这种材料完全满足3D打印领域对材料的粘度和耐热性要求，并且具有绿色环保可降解的优点。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种应用于3D打印的生物基水性聚氨酯复合材料，包含生物基异氰酸酯、生物基大分子多元醇和纳米粒子。

作为上述方案的进一步改进，所述生物基异氰酸酯包括二聚酸二异氰酸酯、生物基质1,4-丁二异氰酸酯和生物基质1,5-戊二异氰酸酯中的一种或几种。

作为上述方案的进一步改进，所述生物基异氰酸酯与所述生物基大分子多元醇的比例为1:2-1:4。

作为上述方案的进一步改进，所述纳米粒子添加量占总量的1％-3％。

作为上述方案的进一步改进，所述复合材料中还包含中和剂，中和剂含量为总量的2％-6％。

作为上述方案的进一步改进，所述生物基大分子多元醇包括蓖麻油，蓖麻油改性多元醇，二聚酸多元醇，1,3-丙二醇聚醚多元醇中的一种或几种。

作为上述方案的进一步改进，所述生物基异氰酸酯与生物基大分子多元醇之间的反应温度为80℃-95℃之间。

作为上述方案的进一步改进，所述纳米粒子包括纳米纤维素、碳纳米管和石墨烯中的一种或几种。

作为上述方案的进一步改进，所述中和剂包括三乙胺、N,N-二甲基乙醇胺和三乙醇胺中的一种或几种。

本发明还提供一种应用于3D打印的生物基水性聚氨酯复合材料的制备方法，其至少包含以下步骤：

S1：将所述生物基异氰酸酯与所述生物基大分子多元醇按比例混合反应生成生物基水性聚氨酯；

S2：在所述生物基水性聚氨酯中加入纳米粒子搅拌进行原位聚合，获得聚氨酯预聚体；

S3：在所述聚氨酯预聚体中加入中和剂进行中和反应，获得生物基水性聚氨酯复合材料乳液；

S4：在所述生物基水性聚氨酯复合材料乳液中加入助剂打浆形成浆料，然后进行干法工艺获得应用于3D打印的生物基水性聚氨酯复合材料。