一种水性3D打印材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种水性3D打印材料，所述材料的原料包含2,4,6

【技术实现步骤摘要】
一种水性3D打印材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种水性3D打印材料，以及所述材料的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]光固化3D打印材料又称光敏树脂，光敏树脂通常是由低聚物、活性稀释剂、光引发剂和其他添加剂组成。目前，光固化3D打印技术常用的液态光固化材料主要为含不饱和双键的光敏树脂，如不饱和聚酯树脂、环氧丙烯酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸树脂等。但是这些树脂在光照聚合过程中会产生较大的体积收缩率，这是影响工件制造精度的主要因素。另外，树脂固化收缩会导致收缩应力的产生，收缩较大时会引起工件的翘曲变形，甚至严重变形。
[0003]因此，需要提供一种收缩率低、力学性能优异的3D打印材料以解决现有技术中存在的问题

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种水性3D打印材料，所述材料的原料包含2,4,6
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三甲基苯甲酰基
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二苯基氧化膦、双酚A环氧丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯、改性纳米二氧化锆，能够在较少甚至不采用活性稀释剂的情况下通过3D打印工艺制备固化材料，且材料具备较低的收缩率和优异的力学性能。本专利技术还提供了所述材料的制备方法和应用。
[0005]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种水性3D打印材料，制备所述材料的原料包括2,4,6
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三甲基苯甲酰基
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二苯基氧化膦、双酚A环氧丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯、改性纳米二氧化锆；/>[0007]其中，所述水性聚氨酯丙烯酸酯的制备方法为：步骤一，在反应器中加入异氰酸酯三聚体、丙烯酸酯化合物1、小分子醇1、催化剂、阻聚剂，控制反应器温度在75～85℃，反应2～4小时；
[0008]步骤二，继续向反应器中加入二异氰酸酯、亲水化合物、小分子醇2、聚酯二元醇、聚醚二元醇、丙烯酸酯化合物2、丙酮，反应2～4小时后，控制反应器温度在35～45℃，加入中和剂，搅拌均匀后加入去离子水，搅拌均匀后二元胺扩链剂，搅拌均匀后得到所述水性聚氨酯丙烯酸酯；
[0009]所述改性纳米二氧化锆的制备方法为：在反应器中加入无水乙醇、纳米二氧化锆、乙烯基三乙氧基硅烷，控制反应器温度在55～65℃，搅拌3～5小时后出料烘干，得到所述改性纳米二氧化锆。
[0010]本专利技术采用水性聚氨酯丙烯酸酯作为光固化树脂的主要原料，配合其他组分，使得液体光固化树脂在使用较少活性稀释剂或不添加活性稀释剂的条件下依然具有符合3D打印光固化树脂的粘度和良好的相容性，经光固化后得到的固化材料具有较低的收缩率和优异的力学性能。本专利技术光引发剂选择的是2,4,6
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三甲基苯甲酰基
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二苯基氧化膦，具有较高的引发效率、良好的溶解性和稳定性。所述改性纳米二氧化锆是经过特定的硅烷偶联剂
进行处理，使得二氧化锆表面附着有偶联剂分子，一方面能够促进二氧化锆在光固化树脂中的分散，另一方面能够小幅提高固化材料的力学性能，降低收缩率。
[0011]优选地，所述异氰酸酯三聚体为HDI三聚体，所述二异氰酸酯为HDI。其中所述HDI三聚体指的是六亚甲基二异氰酸酯三聚体，所述HDI指的是六亚甲基二异氰酸酯。
[0012]优选地，所述丙烯酸酯化合物1和丙烯酸酯化合物2分别独立地选自丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、三羟甲基乙烷二丙烯酸酯、丙三醇二丙烯酸酯、丙三醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基乙烷二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二甲基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇三甲基丙烯酸酯、二季戊四醇三丙烯酸酯、二季戊四醇三甲基丙烯酸酯、二季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇四甲基丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯和二季戊四醇五甲基丙烯酸酯中的一种或多种。在本专利技术的一个优选实例中，所述丙烯酸酯化合物1为季戊四醇三丙烯酸酯和丙烯酸羟乙酯按照质量比9：2配比，所述丙烯酸酯化合物2为季戊四醇三丙烯酸酯。
[0013]优选地，所述小分子醇1和小分子醇2分别独立地选自乙二醇、二乙二醇、三甘醇、1,2
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丙二醇、1,3
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丙二醇、1,4
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丁二醇、1,3
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丁二醇、环己二醇、1,4
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环己烷二甲醇、1,6
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己二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇和季戊四醇中的一种或多种。
[0014]优选地，所述聚酯二元醇为聚己二酸新戊二醇酯二元醇，所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃醚二醇；优选地，所述聚己二酸新戊二醇酯二元醇的数均分子量为1000，所述聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量为1000。
[0015]优选地，所述亲水化合物选自二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、羟基新戊酸、2
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(2
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氨基乙基氨基)乙磺酸、乙二胺丙基磺酸、乙二胺丁基磺酸、1,2
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丙二胺
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β
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乙磺酸和1,3
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丙二胺
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β
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乙磺酸中的一种或多种；所述亲水化合物优选为二羟甲基丙酸。
[0016]优选地，所述催化剂为乙基己酸铋，所述阻聚剂为对甲氧基苯酚，所述中和剂为三乙胺，所述二元胺扩链剂为异佛尔酮二胺。
[0017]优选地，所述水性聚氨酯丙烯酸酯的制备方法中，以下列各组分的相对质量份计：
[0018]所述异氰酸酯三聚体的用量为85～90质量份；
[0019]所述丙烯酸酯化合物1的用量为100～110质量份；
[0020]所述小分子醇1的用量为5～8质量份；
[0021]所述催化剂的用量为0.1～0.2质量份；
[0022]所述阻聚剂的用量为0.1～0.2质量份；
[0023]所述二异氰酸酯的用量为100～105质量份；
[0024]所述亲水化合物的用量为30～33质量份；
[0025]所述小分子醇2的用量为20～26质量份；
[0026]所述聚酯二元醇的用量为35～40质量份；
[0027]所述聚醚二元醇的用量为35～40质量份；
[0028]所述丙烯酸酯化合物2的用量为25～30质量份；
[0029]所述丙酮的用量为150～200质量份；
[0030]所述中和剂的用量为12～15质量份；
[0031]所述去离子水的用量为350～400质量份；
[0032]所述二元胺扩链剂的用量为13～15质量份。
[0033]需要说明的是，现有技术中，水性聚氨酯丙烯酸酯的制备方法、原料种类、工艺参数等属于公知内容，但是并非任何水性聚氨酯丙烯酸酯均可用于本专利技术。要实现本专利技术所述最佳的有益效果，需要在本专利技术所述水性聚氨酯丙烯酸酯限定的范围内实施，尤其是采用本专利技术优选的技术方案进行实施。对于本专利技术未做说明的内容，均可参照现有技术中公开的内容进行，不影响本专利技术的实施。
[0034]优选地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性3D打印材料，其特征在于，制备所述材料的原料包括2,4,6
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三甲基苯甲酰基
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二苯基氧化膦、双酚A环氧丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯、改性纳米二氧化锆；其中，所述水性聚氨酯丙烯酸酯的制备方法为：步骤一，在反应器中加入异氰酸酯三聚体、丙烯酸酯化合物1、小分子醇1、催化剂、阻聚剂，控制反应器温度在75～85℃，反应2～4小时；步骤二，继续向反应器中加入二异氰酸酯、亲水化合物、小分子醇2、聚酯二元醇、聚醚二元醇、丙烯酸酯化合物2、丙酮，反应2～4小时后，控制反应器温度在35～45℃，加入中和剂，搅拌均匀后加入去离子水，搅拌均匀后二元胺扩链剂，搅拌均匀后得到所述水性聚氨酯丙烯酸酯；所述改性纳米二氧化锆的制备方法为：在反应器中加入无水乙醇、纳米二氧化锆、乙烯基三乙氧基硅烷，控制反应器温度在55～65℃，搅拌3～5小时后出料烘干，得到所述改性纳米二氧化锆。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述异氰酸酯三聚体为HDI三聚体，所述二异氰酸酯为HDI。3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述丙烯酸酯化合物1和丙烯酸酯化合物2分别独立地选自丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、三羟甲基乙烷二丙烯酸酯、丙三醇二丙烯酸酯、丙三醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基乙烷二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二甲基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇三甲基丙烯酸酯、二季戊四醇三丙烯酸酯、二季戊四醇三甲基丙烯酸酯、二季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇四甲基丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯和二季戊四醇五甲基丙烯酸酯中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述小分子醇1和小分子醇2分别独立地选自乙二醇、二乙二醇、三甘醇、1,2
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丙二醇、1,3
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丙二醇、1,4
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丁二醇、1,3
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丁二醇、环己二醇、1,4
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环己烷二甲醇、1,6
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己二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇和季戊四醇中的一种或多种；所述聚酯二元醇为聚己二酸新戊二醇酯二元醇，所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃醚二醇；优选地，所述聚己二酸新戊二醇酯二元醇的数均分子量为1000，所述聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量为1000。5.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述亲水化合物选自二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、羟基新戊酸、2
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(2
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氨基乙基氨基)乙磺酸、乙二胺丙基磺酸、乙二胺丁基磺酸、1,2

【专利技术属性】
技术研发人员：李立，
申请(专利权)人：李立，
类型：发明
国别省市：