一種用于3d打印的組合物及其制備方法和制品的制作方法
【專利摘要】一種用于3D打印的組合物及其制備方法和制品，所述組合物包括如下組成：光敏單體100份，光引發劑1-3份，微納粉體1-30份，交聯劑1-30份，增韌劑5-10份，顏料5-10份。本發明是在室溫條件下，將光敏單體，引發劑，微納粉體，交聯劑，增韌劑及顏料均勻混合，使用紫外照射固化方法，實施3D打印，實施過程中無需高溫加熱，降低了能耗，無需特殊溶劑，減小了對環境的危害，紫外固化迅速，大幅提高生產效率，在3D打印材料中具有更加廣闊的應用前景。
【專利說明】—種用于3D打印的組合物及其制備方法和制品
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于3D打印的組合物及其制備方法和制品。
【背景技術】
[0002]3D打印是一種新興的快速成型技術，以計算機三維設計模型為藍本，利用激光燒結，加熱熔融等方式將金屬、陶瓷粉末或聚合物等材料，通過計算機數字軟件程序控制，逐層堆積粘結成型，從而制造出實體產品。3D打印簡單來說，可以看作是2D打印技術在空間上的疊加。使用固體粉末或聚合物熔體等材料作為打印“油墨”，通過計算機建模設計，精確控制產品的精度和尺寸。這種打印技術相比于傳統的成型技術，不需要復雜的模具和工藝，設備小巧，程序由計算機控制，操作簡便，因而受到的關注越來越多，逐漸在生物、醫學、建筑、航空等領域開拓了廣闊的應用空間，尤其適合小批量，個性化，結構復雜的中空部件。
[0003]目前，熔融層積成型技術是最為常用的3D打印技術，通常使用尼龍，ABS等熱塑性樹脂，在高溫下熔融后，進行 打印，逐層沉積固化，形成最終產品。然而這類熱塑性材料在高溫熔融條件下，容易發生氧化分解等化學反應，放出難聞，有毒氣體，造成環境和人體的危害，一定程度上限制了其應用范圍。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種用于3D打印的組合物，有效避免了熔融層積成型技術中因高溫熔融而產生難聞有毒氣體的缺陷。
[0005]本發明的另一個目的在于提供一種上述用于3D打印的組合物的制備方法。
[0006]本發明的第三個目的在于提供一種由上述用于3D打印的組合物制得的制品。
[0007]本發明的第四個目的在于提供一種上述的用于3D打印的組合物的用途，其用于3D打印。
[0008]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0009]一種用于3D打印的組合物，所述組合物包括如下組分:
[0010]
光敏單體 100重量份，
光引發劑 1-3重量份，
微納粉體 1-30重量份，
交聯劑 1-30重量份，
增韌劑 1-10重量份，
顏料5-10重量份；
[0011]所述的光敏單體為室溫呈液態的單官能度丙烯酸酯類。[0012]根據本發明，所述室溫呈液態的單官能度丙烯酸酯類選自甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸丙酯，甲基丙烯酸異丙酯，甲基丙烯酸芐基酯，甲基丙烯酸月桂酯及丙烯酸酯類衍生物中的一種或多種。
[0013]根據本發明，優選的，所述的光引發劑為烷基苯酮類。所述烷基苯酮類選自α，α_ 二乙氧基苯乙酮、α-羥烷基苯酮、α-胺烷基苯酮中的一種或多種。
[0014]本發明所述的微納粉體是指粒徑介于I納米和100微米之間的顆粒物質。優選的，所述微納粉體選自無機微納粉體和有機無機雜化微納粉體中的一種或多種。所述無機微納粉體選自金屬單質顆粒、金屬氧化物顆粒、非金屬單質顆粒、鹵化銀顆粒、碳酸鹽顆粒、以及磷酸鹽顆粒中的一種或多種。優選地，所述有機無機雜化微納粉體具有殼層結構或不對稱結構。
[0015]優選地，所述微納粉體的粒徑介于50nm和10 μ m之間。
[0016]優選的，所述的微納粉體，是經過表面改性劑改性的微納粉體。
[0017]優選的，所述的表面改性劑選自多巴胺以及硅烷偶聯劑中的一種或多種，所述硅烷偶聯劑例如是 KH550，KH560, KH570, KH792 或 DL602。
[0018]根據本發明，優選的，所述的交聯劑為多官能度丙烯酸酯類。所述的多官能度丙烯酸酯類選自雙官能度交聯劑(如一縮二乙二醇雙甲基丙烯酸酯，二縮三乙二醇雙甲基丙烯酸酯，三縮四二乙二醇雙甲基丙烯酸酯等)，三官能度交聯劑(如三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯等)中的一種或多種。
[0019]根據本發明，優選的，所述的增韌劑為液態聚硫橡膠。
[0020]根據本發明，優選的，所述的顏料為無機彩色顏料。所述無機彩色顏料選自鉻酸鹽顏料(如鉛鉻黃、鑰鉻橙等)、鎘系顏料(如鎘黃、鎘紅等)、鐵系顏料(如鐵黃、鐵紅等)、綠色顏料(如鉻綠、氧化鉻綠等)和藍色顏料(如鐵藍、群青等)中的一種或多種。
[0021]本發明還提供如下的技術方案:
[0022]一種上述的用于3D打印的組合物的制備方法，其包括各組分的混合步驟。
[0023]根據本發明，所述方法具體包括以下步驟:
[0024]I)將100重量份的光敏單體、1-30重量份的微納粉體、1_30重量份的交聯劑和
5-10重量份的顏料混合；
[0025]2)將步驟I)中得到的混合料與5-10重量份的增韌劑、1-3重量份的光引發劑混
八
口 ο
[0026]根據本發明，上述的混合操作均在室溫(20_40°C )條件下進行。
[0027]根據本發明，步驟I)中的混合是用機械攪拌在轉速1000-4000rpm條件下充分混合1-2小時。
[0028]根據本發明，步驟2)是在避光，轉速1000-4000rpm條件下充分混合1_2小時。
[0029]本發明還提供如下的技術方案:
[0030]一種制品，其由上述的用于3D打印的組合物通過3D打印制得。
[0031]一種上述的用于3D打印的組合物的用途，其用于3D打印。
[0032]本發明的有益效果在于:
[0033]1、本發明使用室溫下具有優異流動性的光敏單體作為3D打印的原料，通過簡單的方法與微納粉體混合，無需特殊的大型設備和加熱裝置。[0034]2、本發明的光敏單體在紫外照射下可迅速固化成型，大幅提高了生產效率。
[0035]3、本發明的3D打印材料在使用過程中不會放出有毒氣體，減小了對環境的危害。
[0036]4、本發明生產成本低，生產過程簡單，易于工業化生產。
[0037]5、本發明通過改變添加的微納粉體和顏料，可以獲得不同顏色，不同性能的產品。【具體實施方式】
[0038]如上所述，本發明公開了一種用于3D打印的組合物，所述組合物包括如下組分:
[0039]
【權利要求】
1.一種用于3D打印的組合物，所述組合物包括如下組分:
2.根據權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述室溫呈液態的單官能度丙烯酸酯類選自甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸丙酯，甲基丙烯酸異丙酯，甲基丙烯酸芐基酯，甲基丙烯酸月桂酯及丙烯酸酯類衍生物中的一種或多種。 優選的，所述的光引發劑為烷基苯酮類。所述烷基苯酮類選自α，α-二乙氧基苯乙酮、α-羥烷基苯酮、α-胺烷基苯酮中的一種或多種。 所述的微納粉體是指粒徑介于I納米和100微米之間的顆粒物質。優選的，所述微納粉體選自無機微納粉體和有機無機雜化微納粉體中的一種或多種。優選地，所述無機微納粉體選自金屬單質顆粒、金屬氧化物顆粒、非金屬單質顆粒、鹵化銀顆粒、碳酸鹽顆粒、以及磷酸鹽顆粒中的一種或多種。優選地，所述有機無機雜化微納粉體具有殼層結構或不對稱結構。
3.根據權利要求1或2所述的組合物，其特征在于，所述微納粉體的粒徑介于50nm和10 μ m之間。 優選的，所述的微納粉體，是經過表面改性劑改性的微納粉體。 優選的，所述的表面改性劑選自多巴胺以及硅烷偶聯劑中的一種或多種，所述硅烷偶聯劑例如是 KH550，KH560, KH570, KH792 或 DL602。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的組合物，其特征在于，所述的交聯劑為多官能度丙烯酸酯類；優選地，所述的多官能度丙烯酸酯類選自雙官能度交聯劑(如一縮二乙二醇雙甲基丙烯酸酯，二縮三乙二醇雙甲基丙烯酸酯，三縮四二乙二醇雙甲基丙烯酸酯等)，三官能度交聯劑(如三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯等)中的一種或多種。 優選的，所述的增韌劑為液態聚硫橡膠。 優選的，所述的顏料為無機彩色顏料；更優選地，所述無機彩色顏料選自鉻酸鹽顏料(如鉛鉻黃、鑰鉻橙等)、鎘系顏料(如鎘黃、鎘紅等)、鐵系顏料(如鐵黃、鐵紅等)、綠色顏料(如鉻綠、氧化鉻綠等)和藍色顏料(如鐵藍、群青等)中的一種或多種。
5.一種權利要求1至4中任一項所述的用于3D打印的組合物的制備方法，其包括各組分的混合步驟。 優選地，所述方法具體包括以下步驟: I)將100重量份的光敏單體、1-30重量份的微納粉體、1-30重量份的交聯劑和5-10重量份的顏料混合； 2)將步驟I)中得到的混合料與5-10重量份的增韌劑、1-3重量份的光引發劑混合。
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述的混合操作均在室溫(20-40°C)條件下進行。 優選地，步驟I)中的混合是用機械攪拌在轉速1000-4000rpm條件下充分混合1_2小時。 優選地，步驟2)是在避光，轉速1000-4000rpm條件下充分混合1_2小時。
7.一種制品,其由權利要求1至4中任一項所述的用于3D打印的組合物通過3D打印制得。
8.—種權利要求1至4中任一項所述的用于3D打印的組合物的用途，其用于3D打印。
【文檔編號】C08K3/26GK103980410SQ201410183540
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】沈衡, 郭靖, 朱唐, 趙寧, 徐堅, 孫文華, 董金勇, 李春成, 符文鑫, 林學春, 馬永梅 申請人:中國科學院化學研究所