用回收廢棄含植物纖維的原料制備3d打印材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及3D打印材料的制備方法,特別是用回收廢棄含植物纖維的原料制備3D打印材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)的制漿造紙相比,利用廢紙制漿,可以節(jié)約大量林木資源,保護(hù)生態(tài),減輕污染,減少投資,降低能耗。因此,廢紙已成為當(dāng)今造紙工業(yè)重要的原料來源,而且所占比例越來越大。我們對(duì)廢報(bào)紙、混合辦公廢紙、含有高光澤聚合物油墨的紙、激光打印和靜電復(fù)印紙、舊紙箱、含有高光澤聚合物油墨的紙板等幾類紙進(jìn)行分類回收,用于制漿。
[0003]脫墨是廢紙制漿中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。目前,廢紙脫墨主要有洗滌法、浮選法、蒸汽爆破法、超聲波法、溶劑脫墨法(吸附脫墨法)、生物酶解法以及兩種或兩種以上技術(shù)的協(xié)同作用能取得單一方法無法達(dá)到的效果的協(xié)同處理法。最常見的脫墨方法還是為獲更佳的脫墨效果將浮選法和洗滌法結(jié)合使用的脫墨方法,既克服了洗滌法用水量大、纖維流失大、紙漿得率低(~ 75% )的缺點(diǎn),又克服了浮選法紙漿白度較低、灰分含量高、設(shè)備也比洗滌法復(fù)雜、昂貴、動(dòng)力消耗較大的缺點(diǎn)。但該工藝復(fù)雜耗時(shí),使用了化學(xué)試劑,纖維損失大,紙漿得率低,紙品易返黃,廢水污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。而生物酶解法具有取而代之的趨勢,因?yàn)樗朔讼礈旆ê透∵x法相結(jié)合使用的缺點(diǎn)。用于脫墨研宄的酶有脂肪酶、果膠酶、淀粉酶、半纖維素酶、纖維素酶和木素降解酶等,其中大多數(shù)使用纖維素酶和半纖維素酶。但是,由于廢紙來源的廣泛性和復(fù)雜性,單靠一種酶進(jìn)行脫墨研宄并不能取得很好的效果,如今較先進(jìn)的方法是將幾種酶聯(lián)合起來共同作用于單一或混合廢紙,其效果要明顯優(yōu)于單一酶制劑。故在對(duì)廢紙進(jìn)行脫墨時(shí),應(yīng)對(duì)回收的廢紙進(jìn)行分類,針對(duì)不同種類的廢棄植物纖維所用脫墨酶的用量有所差別。
[0004]3D打印技術(shù)在專業(yè)領(lǐng)域有另一個(gè)名稱“快速成形技術(shù)”。其誕生于20世紀(jì)80年代后期,是基于材料堆積法的一種全新制造技術(shù)。它集分層制造技術(shù)、機(jī)械工程、數(shù)控技術(shù)、CAD、激光技術(shù)、逆向工程技術(shù)、材料科學(xué)于一體,可以直接、快速、自動(dòng)、精確地將設(shè)計(jì)電子模型轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩鵀榱慵椭谱?、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種低成本而高效的實(shí)現(xiàn)手段。快速成形技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù),通過快速成型機(jī),將一層層的材料堆積成實(shí)體原型。根據(jù)美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM) 2009年成立的添加制造技術(shù)子委員會(huì)F42公布的定義,“添加制造”技術(shù)是“一種與傳統(tǒng)的材料去除加工方法相反的,基于三維數(shù)字模型的,通常采用逐層制造方式將材料結(jié)合起來的工藝,同義詞包括添加成型、添加工藝、添加技術(shù)、添加分層制造、分層制造,以及無模成型”。2012年4月,英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》刊文認(rèn)為,3D打印技術(shù)將與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起,推動(dòng)第三次工業(yè)革命的實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)制造技術(shù)是“減材制造技術(shù)”,3D打印則是“增材制造技術(shù)”,它具有制造成本低、生產(chǎn)周期短等明顯優(yōu)勢。3D打印制造技術(shù)可能從根本上改變?nèi)蚬?yīng)鏈,徹底影響全球制造業(yè)的生產(chǎn)方式,并對(duì)當(dāng)前我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型造成深刻影響。
[0005]回收廢棄的含植物纖維的原料制備3D打印材料的方法的相關(guān)報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用回收廢棄含植物纖維的原料制備3D打印材料的方法,為3D打印材料提供一種新的原料,而且可以減少環(huán)境污染,變廢為寶,提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0007]本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:
[0008]本發(fā)明用回收廢棄含植物纖維的原料制備3D打印材料的方法,該方法用混合生物酶脫墨劑對(duì)廢棄含植物纖維的原料進(jìn)行碎漿、脫墨、漂白處理,再將制得的漿進(jìn)行加填改性處理后,擠出制粉,即可直接用于3D打印的應(yīng)用,所述混合生物酶脫墨劑由木聚糖酶、纖維素酶、漆酶以及聚乙二醇多聚體直接混合組成,對(duì)混合廢紙類的原料,每Ig絕對(duì)干廢紙,配用的木聚糖酶、纖維素酶、漆酶生物酶的用量依次分別為20IU、10IU、10IU ;對(duì)混合廢紙板類的原料,每Ig絕對(duì)干廢紙板,配用的木聚糖酶、纖維素酶、漆酶生物酶的用量依次分別為20IU、10IU、20IU ?’每Ig含植物纖維的原料需配置的聚乙二醇在混合生物酶脫墨劑中含量為1.5%?3%,并控制混合生物酶脫墨劑的pH在6。
[0009]所述木聚糖酶選用內(nèi)切β -1, 4-D木聚糖酶;纖維素酶選用酸性纖維素酶;漆酶選用從生物化工市場購買而來的由白腐菌Flammulina velutipes通過培養(yǎng)合成;聚乙二醇選用聚乙二醇-4000 (PEG-4000)。
[0010]本發(fā)明方法的具體操作步驟如下:
[0011](I)將廢棄含植物纖維原料除塵后分為混合廢紙類和混合廢紙板類兩大類,并分別進(jìn)行下述處理:先在高濃水力碎漿機(jī)鍋體中加入適量50?55°C熱水,接著加入混合生物酶脫墨劑、廢紙并開機(jī)碎漿15?30分鐘,在碎漿過程中,每次碎解時(shí)間為15?30s,停機(jī)20s再次啟動(dòng),整個(gè)碎漿過程完成后再停機(jī)保溫15?20分鐘,再進(jìn)行分離污泥、分離油墨,得到經(jīng)碎漿、脫墨處理的漿料;
[0012](2)將上述漿料進(jìn)行浮選、洗滌,洗滌干凈后,選用外流的高濃離心除砂器對(duì)漿料進(jìn)行凈化,用高頻振框式平篩進(jìn)行高濃篩選,將篩選后的漿料用臭氧(O3)再次進(jìn)行漂白至漂白漿顏色標(biāo)準(zhǔn);
[0013](3)向漂白漿中添加相對(duì)紙漿絕干質(zhì)量的30%的CaCO3填料,添加相對(duì)紙漿絕干質(zhì)量的10%的玉米陽離子淀粉,添加相對(duì)紙漿絕干質(zhì)量的30%的石蠟,混合均勻,然后用螺旋壓榨濃縮機(jī)對(duì)漿料進(jìn)行濃縮,濃縮至出漿濃度為30%?40% ;
[0014](4)將濃縮后的漿料置于雙螺桿擠出機(jī)中擠壓造粒,機(jī)頭溫度110_130°C,螺桿轉(zhuǎn)速90-120r/min,冷卻干燥成較堅(jiān)硬的固體后,用粉碎機(jī)在室溫下粉碎成粉末,粉碎時(shí)間0.5-lh,粉碎至細(xì)度達(dá)到60-100目;
[0015](5)將制得的粉末置于3D打印機(jī)的原料槽中用于3D打印制得成品。
[0016]所述步驟(I)中,停機(jī)保溫后泥土沉淀,紙漿仍然漂浮,利用排污裝置去除紙漿池中的泥土雜質(zhì);去除泥土雜質(zhì)后,漿料靜置I小時(shí),使油性物質(zhì)浮于紙漿池表面,利用抽取裝置吸排油墨。
[0017]所述步驟(I)中,最佳碎漿時(shí)間為30分鐘,停機(jī)保溫時(shí)間15分鐘。
[0018]所述步驟(I)中,熱水的加入量為高濃水力碎漿機(jī)公稱容積的70?80%。
[0019]所述步驟(3)中,需3D打印的成型件為單一顏色制品時(shí),在漿料濃縮前加入染料。
[0020]所述步驟(4)中,粉碎最佳細(xì)度為80目。
[0021]所述步驟(I)中,在碎漿過程中每次碎解時(shí)間最佳為20s。
[0022]本發(fā)明方法通過采用一種新配方的混合酶,對(duì)廢紙和紙板分別進(jìn)行碎漿、脫墨處理以及漂白、除泥土等雜質(zhì)處理,然后加入CaCO3填料、玉米陽離子淀粉、石蠟,將濃縮后的漿擠出冷卻干燥后,制成粉末用于3D打??;同時(shí),如果3D打印的成型件為單一顏色制品,可在漿料濃縮前加入染料,避免制件后再進(jìn)行染色,節(jié)約時(shí)間,提高效率,有利于節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境,大大降低了 3D打印材料的成本,促進(jìn)3D打印更廣泛的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例,進(jìn)一步闡明本發(fā)明,應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍,在閱讀了本發(fā)明書之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本