[發明專利]一種用于光固化3D打印機的液體組合物、制備及其應用

在審

• 申請號: 201710201818.3
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN107056984A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 王劍磊;吳立新
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C08F222/20
• 分類號: C08F222/20;C08F222/14;C08F2/48;C08J9/28;B33Y70/00
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技術領域

本發明涉及一種用于光固化3D打印機的液體組合物、制備及其應用，具體涉及一種基于3D打印制備多孔制件的液體組合物及其制備方法，屬于增材制造的功能材料領域。

背景技術

近二十幾年來，作為快速成型領域的一種新興技術，3D打印技術發展非常迅速，目前已經在航空航天、生物醫學、國防軍工、工程教育、新產品開發等領域得到應用。3D打印技術又稱增材制造技術，與傳統的去除材料加工的方法不同，它是通過逐層堆積材料的方式直接制造產品。3D打印技術利用三維CAD模型在一臺設備上可快速而精確地制造出復雜結構零件，從而實現“自由制造”，解決傳統工藝難加工或無法加工的局限，并大大縮短了加工周期，尤其適合小批量，個性化，結構復雜的中空部件。

光固化3D打印是最早商業化的增材制造技術，其用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由點到線，由線到面順序凝固，完成一個層面的繪圖作業，然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度，再固化另一個層面，這樣層層疊加構成一個三維實體。目前光固化3D打印所用材料主要含有齊聚物、反應性稀釋劑、光引發劑三個基礎組分。齊聚物是含有不飽和官能團的低分子聚合物，是光固化材料中最為基礎的材料，決定了光敏樹脂的基本物理化學性能，如粘度、硬度、斷裂伸長率等。齊聚物種類繁多，其中應用較多的包括各類丙烯酸樹脂，例如聚氨酯丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯、聚丙烯酸樹脂、聚醚丙烯酸酯、丙烯酸酸化丙烯酸酯和氨基丙烯酸酯等。反應性稀釋劑是含有雙鍵的小分子溶劑，一方面調節體系的粘度，降低齊聚物的粘度，另一方面參與到整個光固化反應之中，影響到聚合反應的動力學、聚合程度和固化物的物理性質。在發生反應時，反應性稀釋劑把高分子量的齊聚物分子連接在一起，對完全固化有重要貢獻。光引發劑是最為關鍵的組分，決定了光固化材料的質量與光固化反應的速度，根據產生的活性中間體的不同可以分為陽離子型光引發劑和自由基型光引發劑兩大類。

然而目前光固化的應用范圍被材料所局限，材料種類太少使得3D打印的實用性能受到了限制，例如導熱導電性能、吸聲抗震性能。因此，開發新的光固化3D打印材料來拓寬其應用范圍是非常重要的。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種用于光固化3D打印機的液體組合物。

本發明的另一個目的是提供一種用于光固化3D打印機液體組合物的制備方法。

本發明的再一個目的是在于提供一種上述液體組合物的應用領域，即可制備出多孔制件，及該多孔制件的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種用于光固化3D打印機的液體組合物，該液體組合物是光固化3D打印的主要原料。

該液體組合物由光固化反應相和水包油相兩相組成。通過旋轉流變儀測試，在室溫下動力粘度為150-200mPa·s，進一步可精確為170-190mPa·s。

所述的液體組合物中的光固化反應相由單體和光引發劑組成，單體包括二季戊四醇六丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯和二丙二醇二丙烯酸酯，三者質量比為1:1:1或1:1.2:1.5，優選為1:1:1；引發劑由32重量份乙基-4-二甲基氨基苯甲酸、13重量份2-異丙基硫雜蒽酮、12重量份2-苯甲基-2-二甲基氨基-1-(4-嗎啉基苯基)丁酮、28重量份二甲基-1,2-二苯偶酰縮酮和15重量份二苯基甲酮；光引發劑占單體的質量比為16-18重量份，優選為16.8-17重量份。

所述的液體組合物中含有4-8重量份的表面活性劑，優選為5-7重量份；表面活性劑由非離子表面活性劑和助表面活性劑組成，助表面活性劑優選為脫水山梨醇單月硅酸酯，非離子表面活性劑優選為聚氧乙烯山梨醇糖醇酐單月桂月酸酯，兩者質量比為17:3。

所述液體組合物的制備方法為：首先制備光固化反應相，其次將非離子表面活性劑溶解在蒸餾水中，而助表面活性劑溶解在光固化反應相中。將含有助表面活性劑的光固化反應相倒入含有非離子表面活性劑的蒸餾水中，用磁力攪拌30分鐘，得到所述的液體組合物。最后為了使該液體組合物中水包油相微滴大小均一，采用超聲波細胞粉碎儀進行處理，在25kHz下處理5-15分鐘，優選地，處理10分鐘。

可以用該液體組合物最終制備出多孔制件。

所述的多孔制件，其制備方法為采用光固化3D打印機將所述的液體組合物打印出制件，將制件浸泡在異丙醇12小時，萃取出制件中的水分，然后在室溫下真空干燥30分鐘，從而在制件內部形成微米級孔隙，得到多孔制件。