一种用于3d打印的组合物及其制备方法和制品的制作方法
【专利摘要】一种用于3D打印的组合物及其制备方法和制品，所述组合物包括如下组成：光敏单体100份，光引发剂1-3份，微纳粉体1-30份，交联剂1-30份，增韧剂5-10份，颜料5-10份。本发明是在室温条件下，将光敏单体，引发剂，微纳粉体，交联剂，增韧剂及颜料均匀混合，使用紫外照射固化方法，实施3D打印，实施过程中无需高温加热，降低了能耗，无需特殊溶剂，减小了对环境的危害，紫外固化迅速，大幅提高生产效率，在3D打印材料中具有更加广阔的应用前景。
【专利说明】—种用于3D打印的组合物及其制备方法和制品
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于3D打印的组合物及其制备方法和制品。
【背景技术】
[0002]3D打印是一种新兴的快速成型技术，以计算机三维设计模型为蓝本，利用激光烧结，加热熔融等方式将金属、陶瓷粉末或聚合物等材料，通过计算机数字软件程序控制，逐层堆积粘结成型，从而制造出实体产品。3D打印简单来说，可以看作是2D打印技术在空间上的叠加。使用固体粉末或聚合物熔体等材料作为打印“油墨”，通过计算机建模设计，精确控制产品的精度和尺寸。这种打印技术相比于传统的成型技术，不需要复杂的模具和工艺，设备小巧，程序由计算机控制，操作简便，因而受到的关注越来越多，逐渐在生物、医学、建筑、航空等领域开拓了广阔的应用空间，尤其适合小批量，个性化，结构复杂的中空部件。
[0003]目前，熔融层积成型技术是最为常用的3D打印技术，通常使用尼龙，ABS等热塑性树脂，在高温下熔融后，进行 打印，逐层沉积固化，形成最终产品。然而这类热塑性材料在高温熔融条件下，容易发生氧化分解等化学反应，放出难闻，有毒气体，造成环境和人体的危害，一定程度上限制了其应用范围。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于3D打印的组合物，有效避免了熔融层积成型技术中因高温熔融而产生难闻有毒气体的缺陷。
[0005]本发明的另一个目的在于提供一种上述用于3D打印的组合物的制备方法。
[0006]本发明的第三个目的在于提供一种由上述用于3D打印的组合物制得的制品。
[0007]本发明的第四个目的在于提供一种上述的用于3D打印的组合物的用途，其用于3D打印。
[0008]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0009]一种用于3D打印的组合物，所述组合物包括如下组分:
[0010]
光敏单体 100重量份，
光引发剂 1-3重量份，
微纳粉体 1-30重量份，
交联剂 1-30重量份，
增韧剂 1-10重量份，
颜料5-10重量份；
[0011]所述的光敏单体为室温呈液态的单官能度丙烯酸酯类。[0012]根据本发明，所述室温呈液态的单官能度丙烯酸酯类选自甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸丙酯，甲基丙烯酸异丙酯，甲基丙烯酸苄基酯，甲基丙烯酸月桂酯及丙烯酸酯类衍生物中的一种或多种。
[0013]根据本发明，优选的，所述的光引发剂为烷基苯酮类。所述烷基苯酮类选自α，α_ 二乙氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、α-胺烷基苯酮中的一种或多种。
[0014]本发明所述的微纳粉体是指粒径介于I纳米和100微米之间的颗粒物质。优选的，所述微纳粉体选自无机微纳粉体和有机无机杂化微纳粉体中的一种或多种。所述无机微纳粉体选自金属单质颗粒、金属氧化物颗粒、非金属单质颗粒、卤化银颗粒、碳酸盐颗粒、以及磷酸盐颗粒中的一种或多种。优选地，所述有机无机杂化微纳粉体具有壳层结构或不对称结构。
[0015]优选地，所述微纳粉体的粒径介于50nm和10 μ m之间。
[0016]优选的，所述的微纳粉体，是经过表面改性剂改性的微纳粉体。
[0017]优选的，所述的表面改性剂选自多巴胺以及硅烷偶联剂中的一种或多种，所述硅烷偶联剂例如是 KH550，KH560, KH570, KH792 或 DL602。
[0018]根据本发明，优选的，所述的交联剂为多官能度丙烯酸酯类。所述的多官能度丙烯酸酯类选自双官能度交联剂(如一缩二乙二醇双甲基丙烯酸酯，二缩三乙二醇双甲基丙烯酸酯，三缩四二乙二醇双甲基丙烯酸酯等)，三官能度交联剂(如三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等)中的一种或多种。
[0019]根据本发明，优选的，所述的增韧剂为液态聚硫橡胶。
[0020]根据本发明，优选的，所述的颜料为无机彩色颜料。所述无机彩色颜料选自铬酸盐颜料(如铅铬黄、钥铬橙等)、镉系颜料(如镉黄、镉红等)、铁系颜料(如铁黄、铁红等)、绿色颜料(如铬绿、氧化铬绿等)和蓝色颜料(如铁蓝、群青等)中的一种或多种。
[0021]本发明还提供如下的技术方案:
[0022]一种上述的用于3D打印的组合物的制备方法，其包括各组分的混合步骤。
[0023]根据本发明，所述方法具体包括以下步骤:
[0024]I)将100重量份的光敏单体、1-30重量份的微纳粉体、1_30重量份的交联剂和
5-10重量份的颜料混合；
[0025]2)将步骤I)中得到的混合料与5-10重量份的增韧剂、1-3重量份的光引发剂混
八
口 ο
[0026]根据本发明，上述的混合操作均在室温(20_40°C )条件下进行。
[0027]根据本发明，步骤I)中的混合是用机械搅拌在转速1000-4000rpm条件下充分混合1-2小时。
[0028]根据本发明，步骤2)是在避光，转速1000-4000rpm条件下充分混合1_2小时。
[0029]本发明还提供如下的技术方案:
[0030]一种制品，其由上述的用于3D打印的组合物通过3D打印制得。
[0031]一种上述的用于3D打印的组合物的用途，其用于3D打印。
[0032]本发明的有益效果在于:
[0033]1、本发明使用室温下具有优异流动性的光敏单体作为3D打印的原料，通过简单的方法与微纳粉体混合，无需特殊的大型设备和加热装置。[0034]2、本发明的光敏单体在紫外照射下可迅速固化成型，大幅提高了生产效率。
[0035]3、本发明的3D打印材料在使用过程中不会放出有毒气体，减小了对环境的危害。
[0036]4、本发明生产成本低，生产过程简单，易于工业化生产。
[0037]5、本发明通过改变添加的微纳粉体和颜料，可以获得不同颜色，不同性能的产品。【具体实施方式】
[0038]如上所述，本发明公开了一种用于3D打印的组合物，所述组合物包括如下组分:
[0039]
【权利要求】
1.一种用于3D打印的组合物，所述组合物包括如下组分:
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述室温呈液态的单官能度丙烯酸酯类选自甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸丙酯，甲基丙烯酸异丙酯，甲基丙烯酸苄基酯，甲基丙烯酸月桂酯及丙烯酸酯类衍生物中的一种或多种。 优选的，所述的光引发剂为烷基苯酮类。所述烷基苯酮类选自α，α-二乙氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、α-胺烷基苯酮中的一种或多种。 所述的微纳粉体是指粒径介于I纳米和100微米之间的颗粒物质。优选的，所述微纳粉体选自无机微纳粉体和有机无机杂化微纳粉体中的一种或多种。优选地，所述无机微纳粉体选自金属单质颗粒、金属氧化物颗粒、非金属单质颗粒、卤化银颗粒、碳酸盐颗粒、以及磷酸盐颗粒中的一种或多种。优选地，所述有机无机杂化微纳粉体具有壳层结构或不对称结构。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述微纳粉体的粒径介于50nm和10 μ m之间。 优选的，所述的微纳粉体，是经过表面改性剂改性的微纳粉体。 优选的，所述的表面改性剂选自多巴胺以及硅烷偶联剂中的一种或多种，所述硅烷偶联剂例如是 KH550，KH560, KH570, KH792 或 DL602。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其特征在于，所述的交联剂为多官能度丙烯酸酯类；优选地，所述的多官能度丙烯酸酯类选自双官能度交联剂(如一缩二乙二醇双甲基丙烯酸酯，二缩三乙二醇双甲基丙烯酸酯，三缩四二乙二醇双甲基丙烯酸酯等)，三官能度交联剂(如三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等)中的一种或多种。 优选的，所述的增韧剂为液态聚硫橡胶。 优选的，所述的颜料为无机彩色颜料；更优选地，所述无机彩色颜料选自铬酸盐颜料(如铅铬黄、钥铬橙等)、镉系颜料(如镉黄、镉红等)、铁系颜料(如铁黄、铁红等)、绿色颜料(如铬绿、氧化铬绿等)和蓝色颜料(如铁蓝、群青等)中的一种或多种。
5.一种权利要求1至4中任一项所述的用于3D打印的组合物的制备方法，其包括各组分的混合步骤。 优选地，所述方法具体包括以下步骤: I)将100重量份的光敏单体、1-30重量份的微纳粉体、1-30重量份的交联剂和5-10重量份的颜料混合； 2)将步骤I)中得到的混合料与5-10重量份的增韧剂、1-3重量份的光引发剂混合。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的混合操作均在室温(20-40°C)条件下进行。 优选地，步骤I)中的混合是用机械搅拌在转速1000-4000rpm条件下充分混合1_2小时。 优选地，步骤2)是在避光，转速1000-4000rpm条件下充分混合1_2小时。
7.一种制品,其由权利要求1至4中任一项所述的用于3D打印的组合物通过3D打印制得。
8.—种权利要求1至4中任一项所述的用于3D打印的组合物的用途，其用于3D打印。
【文档编号】C08K3/26GK103980410SQ201410183540
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】沈衡, 郭靖, 朱唐, 赵宁, 徐坚, 孙文华, 董金勇, 李春成, 符文鑫, 林学春, 马永梅 申请人:中国科学院化学研究所