[发明专利]一种纳米微晶纤维素增强的3D打印材料的制备方法

说明书

本发明提供一种纳米微晶纤维素增强的3D打印材料的制备方法，将针叶木纤维素与浓硫酸按一定的比例混合，经超声和高速离心后，加入氧化锌后，经过高压均质处理，可得到纳米微晶纤维素‑水分散液，同时制备10％的聚乳酸‑三氯甲烷溶液，室温下，借助机械搅拌将纳米微晶纤维素‑水分散液按不同比例滴加于聚乳酸‑三氯甲烷溶液中，形成均匀分散态后进行真空脱气、消泡后，将纳米微晶纤维素‑聚乳酸分散液于室温下进行浇注成型、干燥、加热熔融压制成片、粉碎造粒后，再经熔融挤出拉丝成型制备纳米微晶纤维素增强的3D打印材料，该3D打印材料具有良好的流动性和力学性能，可在190‑200℃进行3D打印，是一种高性能难燃3D打印材料。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，尤其是涉及一种纳米微晶纤维素增强的3D打印材料的制备方法。

背景技术

3D打印，又称作增材制造，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命”的核心技术，3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础，在某种程度上，材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用，目前，主流3D打印技术有熔融沉积快速成型(FDM)、光固化成型(SLA)、三维粉末粘接(3DP)、选择性激光烧结(SLS),其中FDM模式的3D打印技术无需激光系统的支持，程序开源，设备相对简单，所用的成型材料也相对低廉，总体性价比高，是应用最广泛的3D打印技术，FDM材料可以是丝状热塑性材料，主要有聚乳酸(PLA)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)两大类，这两种材料成本低，打印适性好，很快成为3D打印材料市场的主流。

聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料，相对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)来说属于一种环保材料，对人的身体没有什么伤害，它是一种使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成，聚乳酸(PLA)具有较高的机械及物理性能，完全的生物降解性及生物相容性，良好的光泽性、透明度和印刷适应性，但未改性的PLA的脆性较大、易燃烧和热稳定性较差，限制了其在航空航天、电子电器、和汽车等领域的广泛应用，对PLA进行热稳定和阻燃改性势在必行，纳米微晶纤维素来源于植物，生物可降解，具有极高的模量、强度和张应力，机械性质可以和某些工程材料相媲美，其杨式模数高达150GPa，张应力达10GPa，添加量≤5％时，即可赋予复合材料极好的增强作用，相当于传统增强相40％～50％的添加量，将微晶纤维素与聚 乳酸(PLA)混合，可制备高性能的绿色3D打印复合材料。

发明内容

本发明将纳米微晶纤维素加入到聚乳酸中，对聚乳酸进行改性处理，得到的微晶纤维素增强的3D打印材料具有良好的流动性和力学性能，可以在190℃-200℃进行3D打印，是一种高性能的3D打印材料。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种纳米微晶纤维素增强的3D打印材料的制备方法，该方法具有以下步骤：

(1)纳米微晶纤维-水分散液的制备：取20g-40g针叶木纤维素与80ml-120ml的浓硫酸混合，超声处理、高速离心后，加入1g-4g氧化锌，高压均质处理后，得到纳米微晶纤维-水分散液，加入乳化剂密封待用；

(2)聚乳酸-三氯甲烷溶液的制备：在60℃下，将聚乳酸滴入三氯甲烷中，制备得到浓度为10％的聚乳酸-三氯甲烷溶液；

(3)纳米微晶纤维素增强的3D打印材料的制备：室温下，取20ml-50ml纳米微晶纤维素-水分散液滴加于60ml-100ml聚乳酸-三氯甲烷溶液中，机械搅拌、真空脱气、消泡后，室温下浇注成型、干燥、加热熔融压制成片、粉碎造粒后，经熔融挤出拉丝成型，得到纳米微晶纤维素增强的3D打印材料。

进一步地，步骤(1)中所述乳化剂为油包水型。

进一步地，步骤(1)中所述的浓硫酸的浓度为98％。