[发明专利]一种改性聚乳酸、麻秸秆粉增强聚乳酸3D打印材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种改性聚乳酸，由以下步骤的方法制成：将过氧化物引发剂溶解于γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中，再将所得溶液和聚乳酸混合均匀。本发明还涉及一种麻秸秆粉增强聚乳酸3D打印材料，为包括麻秸秆粉和所述改性聚乳酸的共混物。本发明通过熔融接枝制备改性聚乳酸，然后将原料与麻秸秆粉经过共混、熔融接枝、挤出、拉丝制备聚乳酸3D打印材料，制备工艺简单，提高了废弃麻秸秆的附加价值，减轻了环境污染，所得聚乳酸3D打印材料不仅具有良好的力学性能、打印性能和界面相容性，同时拥有优异的抗菌性能，可用于替代一般的熔融沉积成型3D打印塑料耗材，而且绿色环保、具有木质感。

技术领域

本发明属于高分子材料和3D打印技术领域，具体涉及一种改性聚乳酸、麻秸秆粉增强聚乳酸3D打印材料及其制备方法。

背景技术

植物废弃物是自然界可再生资源，是复合材料的首选增强材料。常用的植物废弃物有农作物秸秆、谷壳、果壳及甘蔗渣等农产品加工废弃物。其中，麻类作物是一年生或多年生韧皮纤维作物或叶纤维作物，为极具特色的经济作物，中国是麻类作物的主要生产国，其产量居世界第一位。但是长期以来由于受消费观念和生活方式的影响，我国麻秸秆资源完全处于高消耗、高污染、低产出的状况，相当多一部分麻秸秆被弃置或者进行焚烧，没有得到合理开发利用。麻秸秆具有优良的抗菌、轻质高强、抗紫外线、环保等优异特性，因此麻秸秆增强复合材料在建筑材料、轨道交通车辆、航天航空领域的应用越来越广泛。但是，麻秸秆中含有大量果胶、杂质和木质素，且秸秆表面粗糙，这些特点使得麻秸秆粉与很多聚合物的界面相容性差，对聚合物的增强效果不明显。

随着环境污染和石油资源短缺两大问题的日益突出，采用自然界丰富的天然植物替代传统纤维增强高分子聚合物复合材料逐渐受到人们的关注。例如中国专利CN107022201提供了一种植物纤维和废弃塑料制作的复合3D打印用材料的方法，以植物纤维、废弃塑料、高岭土、硅灰、钛白粉、偶联剂、分散剂、润滑剂、增韧剂、无机填料和玻璃纤维为原料，产品中各原料起协同作用，制成的成品具有很好的韧性、冲击强度，通过3D打印技术打印出来的产品具有高质量、高抗冲和高强度的优异性能，并且可回收利用，大大减轻了对环境的压力，但由于其原料来源复杂，需要加工助剂较多，组分难以控制，且所制备的3D打印复合材料长期存放易被病菌附着。中国专利CN106592038 提供了一种可用于3D打印的天然麻纤维材料及其制备方法，将天然麻纤维进行机械脱胶处理，然后将低熔点聚合物和天然麻纤维进行混纺，最后将低熔点聚合物、天然麻纤维、硅烷偶联剂或马来酸酐、润滑剂、分散剂、热氧稳定剂等经过干混、挤出设备中加压挤出、对线材进行加捻处理，冷却后得到产品，得到的线材具有环保性能好、质量轻、刚度强度高、用途广泛。但该制作工艺需要进行机械脱胶和混纺处理，操作有些繁复，且长纤维制备熔融沉积3D打印材料容易堵头，不能连续打印。

在制备植物纤维增强聚合物3D打印复合材料时，由于植物纤维较长，往往使聚合物线材无法稳定成型，并且由于植物纤维粉末粒径较大，在3D打印过程中容易导致打印机堵头，不能连续生产。而且，大部分植物纤维增强聚合物3D打印复合材料长期存放易被病菌附着，在实际应用中人们通常需要额外添加抗菌剂使材料有抑菌效果，但额外添加的抗菌剂成本高，稳定性差，这些缺陷导致植物纤维增强聚合物复合材料在应用上受到限制。

发明内容

为了克服现有植物纤维增强聚合物3D打印材料技术中聚合物基体与麻秸秆粉等加强材料相容性差、材料易褪色、3D打印时易堵孔等问题，本发明的目的在于通过熔融接枝改性聚乳酸，提供一种改性聚乳酸。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种改性聚乳酸，由包括以下步骤的方法制成：将过氧化物引发剂溶解于γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中，再将所得溶液和聚乳酸混合均匀，即得，然后挤出、造粒、烘干，备用。

优选的，所述过氧化物引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰和过氧化甲乙酮中的至少一种。

优选的，所述过氧化物引发剂的用量为所述聚乳酸重量的0.05-1%。