本發(fā)明涉及生物可降解高分子材料，旨在提供一種高韌性聚乳酸基復合材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、現(xiàn)今，各類3d打印技術已經(jīng)得到了大量的實際應用并且實現(xiàn)了迅速發(fā)展，比如選擇性激光燒結(sls)、熔融沉積式(fdm)、立體平板印刷(sla)等。其中，fdm技術是目前最常見的3d打印技術，其是通過一層一層堆疊材料的方式來構建3d對象，具有成本低廉、使用方便、環(huán)境友好、設備占地體積小、設計自由等優(yōu)勢，廣泛應用于教學、科研、辦公、建模、生物醫(yī)藥、建筑領域、工業(yè)制造等領域。

2、fdm技術3d打印材料行業(yè)的基礎比較薄弱，細絲材料和性能的限制是該技術的局限性之一，打印耗材的高韌性是3d打印技術應具有的最基本的性能。目前可應用于fdm技術，比較有代表性的材料有：聚乳酸(pla)、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)、聚丙烯(pp)、尼龍(pa)等。其中，pla由于熱塑性和可降解性好、單體來源廣泛、可容性優(yōu)良且對環(huán)境友好，被稱為最便宜的入門級3d打印機的主力耗材。但是pla的韌性很低（僅有11.5%的斷裂延伸率）、而且質脆，成為其作為3d打印材料的重大缺陷。

3、目前，國內外pla增韌改性的方法大多為共混改性，包括與其他高分子材料如天然橡膠（nr）、聚氨酯（tpu）等共混或與淀粉、碳纖和松木粉等天然材料直接共混，這些方法對于改善pla韌性雖有一定提高，但是應用于3d打印，仍不符合3d打印材料高韌性的要求。中國專利cn110358097a公開了一種pla/tpu/pgu復合材料，其韌性比純pla材料和pla/tpu材料都有較好的提高，然而其斷裂伸長率也僅能達到10％-90％。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種高韌性聚乳酸基復合材料及其制備方法和應用，以克服現(xiàn)有技術中聚乳酸作為3d打印材料韌性低的缺陷。

2、本發(fā)明采用以下技術方案：

3、一種高韌性聚乳酸基復合材料，包括以下原料：聚乳酸、熱塑性聚氨酯、蒙脫土以及增塑劑，并通過如下步驟制得：

4、（1）將60-90份干燥的聚乳酸與10-40份蒙脫土于混料機中混合均勻，加入0.1-5.0份增塑劑（不計入總質量），繼續(xù)攪拌至混合均勻；

5、（2）將步驟（1）所得混合物置于雙螺桿擠出機中，熔融共混擠出、造粒、干燥，得到聚乳酸/蒙脫土母粒；

6、（3）將70-90份干燥的聚乳酸、5-25份熱塑性聚氨酯、2-20份聚乳酸/蒙脫土母?；旌虾?，加入0.1-5.0份抗氧劑（不計入總質量），于混料機中混合均勻；

7、（4）將步驟（3）所得混合物置于雙螺桿擠出機中，熔融共混擠出、造?；蜣咏z、干燥，即得高韌性聚乳酸基復合材料。

8、進一步的，步驟（2）所述熔融共混的溫度為170-190℃。

9、進一步的，步驟（4）所述熔融共混的溫度為175-195℃。

10、進一步的，步驟（4）所述抻絲是指通過拉力將擠出的熔體置于溫度為20-40℃的冷水槽內定型為絲狀作為3d打印線材。

11、本發(fā)明還提供一種高韌性聚乳酸基3d打印材料的制備方法：

12、（1）將60-90份干燥的聚乳酸與10-40份蒙脫土于混料機中混合均勻，加入0.1-5.0份增塑劑（不計入總質量），繼續(xù)攪拌至混合均勻；

13、（2）將步驟（1）所得混合物置于雙螺桿擠出機中，熔融共混擠出、造粒、干燥，得到聚乳酸/蒙脫土母粒；

14、（3）將70-90份干燥的聚乳酸、5-25份熱塑性聚氨酯、2-20份聚乳酸/蒙脫土母?；旌虾?，加入0.1-5.0份抗氧劑（不計入總質量），于混料機中混合均勻；

15、（4）將步驟（3）所得混合物置于雙螺桿擠出機中，熔融共混擠出、造粒或抻絲、干燥，即得高韌性聚乳酸基復合材料。

16、進一步的，步驟（2）所述熔融共混的溫度為170-190℃。

17、進一步的，步驟（4）所述熔融共混的溫度為175-195℃。

18、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下技術效果：

19、本發(fā)明所述高韌性聚乳酸基復合材料的制備方法中，創(chuàng)造性的先向聚乳酸中加入蒙脫土制備成蒙脫土改性的聚乳酸母粒，然后將蒙脫土改性的聚乳酸母粒與熱塑性聚氨酯和聚乳酸混合，所得聚乳酸基復合材料的拉伸強度大于55mpa，斷裂伸長率最高達260%，較純聚乳酸提高了20倍以上，較中國專利cn110358097a公開的pla/tpu/pgu復合材料的韌性提高了兩倍以上，可作為?3d打印材料，有效解決了聚乳酸應用于3d打印韌性低、力學性能差的缺點。

20、本發(fā)明制備方法簡單，工藝流程較短，生產成本低，易于大規(guī)模工業(yè)化生產。所得復合材料韌性高，顏色為白色較為通用，并且具有較好的耐用性以及可生物降解性，在教育、科研、醫(yī)療、航天、汽車制造等領域具有很大應用前景。

技術特征：

1.一種高韌性聚乳酸基復合材料，其特征在于，包括以下原料：聚乳酸、熱塑性聚氨酯、蒙脫土以及增塑劑和抗氧劑，并通過如下步驟制得：

2.如權利要求1所述的高韌性聚乳酸基復合材料，其特征在于，步驟（2）所述熔融共混的溫度為170-190℃。

3.如權利要求1所述的高韌性聚乳酸基復合材料，其特征在于，步驟（4）所述熔融共混的溫度為175-195℃。

4.如權利要求1所述的高韌性聚乳酸基復合材料，其特征在于，步驟（4）所述抻絲是指通過拉力將擠出的熔體置于溫度為20-40℃的冷水槽內定型為絲狀。

5.權利要求1-4任一項所述高韌性聚乳酸基復合材料在3d打印中的應用。

6.一種高韌性聚乳酸基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.如權利要求6所述的高韌性聚乳酸基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟（2）所述熔融共混的溫度為170-190℃。

8.如權利要求6所述的高韌性聚乳酸基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟（4）所述熔融共混的溫度為175-195℃。

技術總結
本發(fā)明公開了一種高韌性聚乳酸基復合材料及其制備方法和應用。本發(fā)明按照一定的配比先向聚乳酸中加入蒙脫土制備成蒙脫土改性的聚乳酸母粒，然后將蒙脫土改性的聚乳酸母粒與熱塑性聚氨酯和聚乳酸混合，所得聚乳酸基復合材料的拉伸強度大于55MPa，斷裂伸長率最高達260%，較純聚乳酸提高了20倍以上，有效解決了聚乳酸應用于3D打印韌性低、力學性能差的缺點。

技術研發(fā)人員：謝吉星,張倩,王一鵬,任巳奇,焦運紅,徐建中
受保護的技術使用者：河北大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21