[發明專利]一種水性3D打印材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110432567.6
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113121987A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 李立
• 申請（專利權）人: 李立
• 主分類號: C08L75/14
• 分類號: C08L75/14;C08L63/10;C08K9/06;C08K3/22;C08K5/5397;B33Y70/10
• 代理公司: 廣州德偉專利代理事務所(普通合伙) 44436
• 代理人: 何文穎

本發明提供了一種水性3D打印材料，所述材料的原料包含2,4,6?三甲基苯甲酰基?二苯基氧化膦、雙酚A環氧丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯、改性納米二氧化鋯，能夠在較少甚至不采用活性稀釋劑的情況下通過3D打印工藝制備固化材料，且材料具備較低的收縮率和優異的力學性能。本發明還提供了所述材料的制備方法和應用。

技術領域

本發明涉及一種水性3D打印材料，以及所述材料的制備方法和應用。

背景技術

光固化3D打印材料又稱光敏樹脂，光敏樹脂通常是由低聚物、活性稀釋劑、光引發劑和其他添加劑組成。目前，光固化3D打印技術常用的液態光固化材料主要為含不飽和雙鍵的光敏樹脂，如不飽和聚酯樹脂、環氧丙烯酸酯樹脂、聚氨酯丙烯酸酯樹脂、聚酯丙烯酸樹脂、聚醚丙烯酸樹脂等。但是這些樹脂在光照聚合過程中會產生較大的體積收縮率，這是影響工件制造精度的主要因素。另外，樹脂固化收縮會導致收縮應力的產生，收縮較大時會引起工件的翹曲變形，甚至嚴重變形。

因此，需要提供一種收縮率低、力學性能優異的3D打印材料以解決現有技術中存在的問題

發明內容

本發明提供了一種水性3D打印材料，所述材料的原料包含2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、雙酚A環氧丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯、改性納米二氧化鋯，能夠在較少甚至不采用活性稀釋劑的情況下通過3D打印工藝制備固化材料，且材料具備較低的收縮率和優異的力學性能。本發明還提供了所述材料的制備方法和應用。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種水性3D打印材料，制備所述材料的原料包括2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、雙酚A環氧丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯、改性納米二氧化鋯；

其中，所述水性聚氨酯丙烯酸酯的制備方法為：步驟一，在反應器中加入異氰酸酯三聚體、丙烯酸酯化合物1、小分子醇1、催化劑、阻聚劑，控制反應器溫度在75～85℃，反應2～4小時；

步驟二，繼續向反應器中加入二異氰酸酯、親水化合物、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，反應2～4小時后，控制反應器溫度在35～45℃，加入中和劑，攪拌均勻后加入去離子水，攪拌均勻后二元胺擴鏈劑，攪拌均勻后得到所述水性聚氨酯丙烯酸酯；

所述改性納米二氧化鋯的制備方法為：在反應器中加入無水乙醇、納米二氧化鋯、乙烯基三乙氧基硅烷，控制反應器溫度在55～65℃，攪拌3～5小時后出料烘干，得到所述改性納米二氧化鋯。

本發明采用水性聚氨酯丙烯酸酯作為光固化樹脂的主要原料，配合其他組分，使得液體光固化樹脂在使用較少活性稀釋劑或不添加活性稀釋劑的條件下依然具有符合3D打印光固化樹脂的粘度和良好的相容性，經光固化后得到的固化材料具有較低的收縮率和優異的力學性能。本發明光引發劑選擇的是2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦，具有較高的引發效率、良好的溶解性和穩定性。所述改性納米二氧化鋯是經過特定的硅烷偶聯劑進行處理，使得二氧化鋯表面附著有偶聯劑分子，一方面能夠促進二氧化鋯在光固化樹脂中的分散，另一方面能夠小幅提高固化材料的力學性能，降低收縮率。

優選地，所述異氰酸酯三聚體為HDI三聚體，所述二異氰酸酯為HDI。其中所述HDI三聚體指的是六亞甲基二異氰酸酯三聚體，所述HDI指的是六亞甲基二異氰酸酯。