[发明专利]一种立体光刻快速成型光敏树脂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于快速成型制造领域，涉及快速成型光敏树脂及制备。

背景技术

自从1988年美国3D Systems公司最早推出立体光刻快速成型机器以来，这种成型机以能全自动地制造出各种加工方法难以制作的复杂了立体形状物体，在加工技术领域中具有划时代的意义。它是以液态光敏树脂为原料，在计算机的控制下，紫外激光按零件各分层截面数据对液态光敏树脂表面逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层；一层固化完毕后，工作台下降，在原先固化好的树脂表面再涂覆一层新的液态树脂以便进行下一层扫描固化；新固化的一层又牢固地粘结在前一层上；如此重复，直到整个零件制作完毕。在立体光刻快速成型工艺中，光敏树脂是其基础，它的组成与紫外光固化涂料、油墨组成有点相同，即由光引发剂、预聚物、稀释剂及少量添加剂组成。但是，立体光刻快速成型工艺对其光敏树脂具有特殊要求，它要求光敏树脂具有以下特点：（1）黏度低，低黏度树脂有利于成型中树脂能较快流平；（2）刺激性小和挥发物少，有利于操作者的健康和不造成环境污染；（3）固化收缩小，光固化树脂在由液态转化为固态的过程中会产生内应力收缩，这种收缩会引起原件在制作过程中的变形、翘曲、开裂等，使成型零件的精度降低；（4）溶胀小，湿态成型件在液态的树脂中的溶胀会造成零件尺寸偏大；（5）对光的敏感度高，即所吸收波长的范围要窄，以提高零件的制作精度；（6）与光源匹配性良好，以充分利用光能，提高固化收率；（7）树脂粘接性强，以保证后固化过程不产生层间剥离；（8）固化速率快，以提高生产效率；（9）贮存稳定性良好，一般贮存有效期至少应一年；（10）成本低，以利于商品化。由于立体光刻快速成型所需光敏树脂需要同时满足以上这些特点，致使其光敏树脂研究和开发具有一定的难度。

现在，国外应用于立体光刻快速成型的光敏树脂主要是自由基-阳离子型混杂型光敏树脂，这种光敏树脂的特点是预聚物和稀释剂以环氧树脂为主，丙烯酸酯为辅。这种光敏树脂集中了丙烯酸酯固化速度快和环氧树脂固化收缩小的优点，使之光敏树脂既具有光敏性好，又具有成型件精度高的特点。 例如，美国DSM Somos公司的光敏树脂和Huntsman公司的光敏树脂就属于自由基-阳离子型混杂型光敏树脂。现在，这两家公司以销售价格为每公斤高达1500元人民币向我国销售，并垄断着我国立体光刻快速成型光敏树脂的市场。

在国内，近十几年来，有许多大学和科研院、所在开展立体光刻快速成型光敏树脂的研究，取得了一些成绩。但研究还不深入，目前，国内在立体光刻快速成型光敏树脂的研究方面有发明专利两份。广州机械科学研究院刘海涛，钟汉荣和薛纪东提出了“一种立体光刻快速成形光敏树脂及其制备方法和应用”，申请专利号为200910040526.1。浙江工业大学王海德，马国杰，孙兴平等提出了“一种快速成型注塑模具用紫外光固化光敏树脂”，申请专利号为200910095846.7。在这两份申请中，他们制备光敏树脂时所用稀释剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，三丙二醇二丙烯酸酯和1,6-己二醇二丙烯酸酯等等，而这些稀释剂挥发性大和刺激性大，对工作环境有一定的污染。因此，这两份专利都显得有点不足。    

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，把挥发性小、刺激性小和黏度低的乙二醇二缩水甘油醚二丙烯酸酯作为稀释剂来制备立体光刻快速成型光敏树脂。

本发明是通过以下技术方案来实现的。 

本发明所述的立体光刻快速成型光敏树脂按质量配比，由以下原料组成：

5～30%  乙二醇二缩水甘油醚二丙烯酸酯

5～75%  环氧树脂

5～55%  氧杂环丁烷化合物

1～12%  阳离子型引发剂

5～50%  丙烯酸酯预聚物

1～10%  自由基型光聚合引发剂。

本发明所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、脂环族环氧树脂或称脂环族环氧化合物中的一种或者两种以上的混合物。优选脂环族环氧树脂，例如，3,4-环氧环己基甲酸-3^’, 4^’-环氧环己基甲酯。

本发明所述的氧杂环丁烷化合物为含有氧杂环丁烷基团的一系列有机物，它包括含有一个氧杂环丁烷基团，二个氧杂环丁烷基团，三个氧杂环丁烷基团和多个氧杂环丁烷基团的系列有机物。优选含有二个氧杂环丁烷基团，三个氧杂环丁烷基团和多个氧杂环丁烷基团的系列有机物。