[发明专利]一种用于光固化3D打印机的液体组合物、制备及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光固化3D打印机的液体组合物、制备及其应用，具体涉及一种基于3D打印制备多孔制件的液体组合物及其制备方法，属于增材制造的功能材料领域。

背景技术

近二十几年来，作为快速成型领域的一种新兴技术，3D打印技术发展非常迅速，目前已经在航空航天、生物医学、国防军工、工程教育、新产品开发等领域得到应用。3D打印技术又称增材制造技术，与传统的去除材料加工的方法不同，它是通过逐层堆积材料的方式直接制造产品。3D打印技术利用三维CAD模型在一台设备上可快速而精确地制造出复杂结构零件，从而实现“自由制造”，解决传统工艺难加工或无法加工的局限，并大大缩短了加工周期，尤其适合小批量，个性化，结构复杂的中空部件。

光固化3D打印是最早商业化的增材制造技术，其用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面，这样层层叠加构成一个三维实体。目前光固化3D打印所用材料主要含有齐聚物、反应性稀释剂、光引发剂三个基础组分。齐聚物是含有不饱和官能团的低分子聚合物，是光固化材料中最为基础的材料，决定了光敏树脂的基本物理化学性能，如粘度、硬度、断裂伸长率等。齐聚物种类繁多，其中应用较多的包括各类丙烯酸树脂，例如聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸酯、丙烯酸酸化丙烯酸酯和氨基丙烯酸酯等。反应性稀释剂是含有双键的小分子溶剂，一方面调节体系的粘度，降低齐聚物的粘度，另一方面参与到整个光固化反应之中，影响到聚合反应的动力学、聚合程度和固化物的物理性质。在发生反应时，反应性稀释剂把高分子量的齐聚物分子连接在一起，对完全固化有重要贡献。光引发剂是最为关键的组分，决定了光固化材料的质量与光固化反应的速度，根据产生的活性中间体的不同可以分为阳离子型光引发剂和自由基型光引发剂两大类。

然而目前光固化的应用范围被材料所局限，材料种类太少使得3D打印的实用性能受到了限制，例如导热导电性能、吸声抗震性能。因此，开发新的光固化3D打印材料来拓宽其应用范围是非常重要的。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种用于光固化3D打印机的液体组合物。

本发明的另一个目的是提供一种用于光固化3D打印机液体组合物的制备方法。

本发明的再一个目的是在于提供一种上述液体组合物的应用领域，即可制备出多孔制件，及该多孔制件的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于光固化3D打印机的液体组合物，该液体组合物是光固化3D打印的主要原料。

该液体组合物由光固化反应相和水包油相两相组成。通过旋转流变仪测试，在室温下动力粘度为150-200mPa·s，进一步可精确为170-190mPa·s。

所述的液体组合物中的光固化反应相由单体和光引发剂组成，单体包括二季戊四醇六丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和二丙二醇二丙烯酸酯，三者质量比为1:1:1或1:1.2:1.5，优选为1:1:1；引发剂由32重量份乙基-4-二甲基氨基苯甲酸、13重量份2-异丙基硫杂蒽酮、12重量份2-苯甲基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉基苯基)丁酮、28重量份二甲基-1,2-二苯偶酰缩酮和15重量份二苯基甲酮；光引发剂占单体的质量比为16-18重量份，优选为16.8-17重量份。

所述的液体组合物中含有4-8重量份的表面活性剂，优选为5-7重量份；表面活性剂由非离子表面活性剂和助表面活性剂组成，助表面活性剂优选为脱水山梨醇单月硅酸酯，非离子表面活性剂优选为聚氧乙烯山梨醇糖醇酐单月桂月酸酯，两者质量比为17:3。

所述液体组合物的制备方法为：首先制备光固化反应相，其次将非离子表面活性剂溶解在蒸馏水中，而助表面活性剂溶解在光固化反应相中。将含有助表面活性剂的光固化反应相倒入含有非离子表面活性剂的蒸馏水中，用磁力搅拌30分钟，得到所述的液体组合物。最后为了使该液体组合物中水包油相微滴大小均一，采用超声波细胞粉碎仪进行处理，在25kHz下处理5-15分钟，优选地，处理10分钟。

可以用该液体组合物最终制备出多孔制件。

所述的多孔制件，其制备方法为采用光固化3D打印机将所述的液体组合物打印出制件，将制件浸泡在异丙醇12小时，萃取出制件中的水分，然后在室温下真空干燥30分钟，从而在制件内部形成微米级孔隙，得到多孔制件。