[发明专利]一种紫外光固化钛掺杂含硼硅氧烷及其制备方法和在3D打印材料中的应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种紫外光固化钛掺杂含硼硅氧烷及其制备方法和在3D打印材料中的应用。

背景技术

有机硅树脂(也称为聚硅氧烷)是一类由硅原子和氧原子交替连结组成骨架，不同的有机基团再与硅原子连结的聚合物的统称。有机硅树脂涂料是以有机硅聚合物或其改性聚合物为主要成膜物质的涂料，具有优异的电气性能、生理惰性、耐高低温、耐腐蚀、耐老化等性能。但有机硅树脂也存在着一些缺点，例如固化温度较高，一般为(150℃-200℃)，高温固化时间较长，这样导致有机桂树脂在施工过程中的难度非常大、成本很高。而且在高温时防腐能力较差,对基材的附着力差，耐有机溶剂性差，温度较高时漆膜的机械强度不好，而限制了它的应用。但是通过化学、物理改性的处理，可以使其功能扬长避短，广泛应用在航空航天、汽车船舶、电子电气、轻工纺织、建筑、能源、医学等众多领域有重要应用。

对有机硅化学改性，可以在有机硅氧烷中引入苯基官能团，以便提高硅树脂的耐热性、粘结性；乙烯基的引入赋予有机硅氧烷一定的反应特性，特别是对于能够进行与功能型引发剂和树脂在紫外光照射下直接聚合的反应体系；将一些金属或非金属元素接入硅氧烷主链或侧链中，特别是钛或硼元素，可以有效的提高树脂的折光指数和耐热性，柔韧性变好。

3D打印(3D printing)，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。光固化3D打印技术在环保与便捷性上，比传统的熔融挤压式3D打印具有更多优势。针对国内光固化材料配方匮乏、技术产业不成形等问题，科研工作者在该领域做了大量研究工作，旨在合成一种满足3D打印条件的光固化材料，并且赋予其相应的理化性能。光固化材料3D打印对材料性能的要求较高，在一定温度下保证打印材料流动均匀；在固化时间上要尽可能快，并且固化成型后的产品固化收缩率不得超过2％。另外对于许多功能性的3D打印材料还需要满足其他相关性能的要求，而国内大多数配方主要在材料性能的基本要求中存在问题，导致无法大规模生产使用，从而造成了光固化3D打印技术原地踏步的现象。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明公开了一种紫外光固化钛掺杂含硼硅氧烷及其制备方法和在3D打印材料中的应用，制备获得的钛掺杂含硼硅氧烷树脂具有较高的透光率和高折射率，优越的耐候性和耐热性，柔软性好，冲击强度高、不容易产生应力开裂、固化物收缩小、反应速度快、存储稳定性好。

本发明的一种紫外光固化钛掺杂含硼硅氧烷，其结构式如下：

式中5≤m≤20，1≤n≤20。

一种紫外光固化钛掺杂含硼硅氧烷的制备方法，包括如下步骤：

(1)将乙烯基三甲氧基硅烷、苯硼酸和混合溶剂，在惰性氛围中，搅拌混合均匀，升高温度至60℃；

(2)向步骤(1)体系中加入酸性催化剂，并通过恒压漏斗以1-3滴/秒的速度滴加钛酸酯甲苯溶液，滴加完升高温度至80-100℃，恒温反应6-8h；

(3)反应结束后，经减压旋转脱除反应体系中的溶剂及小分子物质，真空干燥，即得到目标产物钛掺杂含硼硅氧烷。

其具体反应过程为：

具体地，上述步骤(1)所述乙烯基三甲氧基硅烷与苯硼酸的摩尔比为(1-5)：(5-1)，优选摩尔比为5：1。

具体地，上述步骤(1)所述乙烯基三甲氧基硅烷与苯硼酸的摩尔比为5：1。

具体地，上述步骤(1)所述混合溶剂为甲苯和乙醇按体积比(3-5)：1组成，其用量为乙烯基三甲氧基硅烷和苯硼酸总质量的5-15倍。

具体地，上述步骤(2)所述的酸性催化剂为硫酸、盐酸、三氟乙酸或三氟甲基磺酸中的一种，所述酸性催化剂用量为钛酸酯质量的0.5％-1％。

具体地，上述步骤(2)所述的钛酸酯为钛酸四乙酯、钛酸四丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯或钛酸四异丁酯中的一种或几种。

具体地，上述步骤(2)所述的钛酸酯与乙烯基三甲氧基硅烷的摩尔比为(0.3-0.6):1，钛酸酯甲苯溶液的质量分数为10-20％，优选摩尔比为0.5:1，钛酸酯甲苯溶液的质量分数为10-20％。

具体地，上述步骤(2)所述的钛酸酯与乙烯基三甲氧基硅烷的摩尔比为0.5:1。