[发明专利]一种光敏三维打印的结构色材料及其制备方法

说明书

本发明属于打印技术领域，具体公开了一种光敏三维打印的结构色材料及其制备方法，所述的结构色材料包括：单分散纳米颗粒5~15份：超支化聚氨酯丙烯酸树脂15~35份，活性稀释剂40~50份，醇类溶剂0~10份，光引发剂2~5份，助剂2~10份。本发明利用以单分散纳米颗粒作为组装结构色的基础单元形成光敏三维打印材料的生色部分，不仅环保、色彩绚丽，而且可以避免堵塞喷头；同时利用具有良好相容性和光反应特性的超支化聚氨酯丙烯酸树脂，改善了目前3D打印光固化速度不够快，材料之间相容性差，固化时收缩率较大的问题。本发明的光敏三维打印的结构色材料制作出高精度、环保、低成本的彩色原件，可以广泛应用于饰品及防伪标识等领域，具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明属于打印技术领域，涉及光敏材料三维打印的应用技术，尤其涉及利用以单分散纳米颗粒作为组装结构色的基础单元形成光敏三维打印材料的生色部分，可制作出高精度、高表面质量的彩色原型件，尤其适合于制作珠宝手饰样件和装饰品。

背景技术

三维打印技术（3DP）是当今新兴的一项技术，能够在不需要模具的情况下，可将任意复杂形状的设计方案快速转换为三维的实体模型或样件，具有快速、环保、高精度等特点，被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。三维打印将多维制造变成简单的由下而上的二维叠加，从而大大降低了设计与制造的复杂度。由于三维打印技术的特殊性，耗材在整个制造过程中起到了决定性的作用。光敏3DP可以精确地控制从喷嘴中喷出的成形材料的喷射量，因此成形的层厚可以很小，成形精度高得多。光敏3DP的工作温度更低一些，对喷头的操作要求更小，使用更方便，更接近于普通喷墨打印技术。因此光敏3DP设备和材料的开发将具有更大的发展潜力和应用前景。

近年来3D打印技术风起云涌，光敏树脂也逐渐走向大众市场，与此同时，对其性能要求也逐渐提高，如要求低黏度、固化后力学性能好等。国外已有不少收缩率小、力学性能好的光敏树脂投入生产，如 DSM公司生产的 Somos14120可替代传统的工程塑料，然而，国内关于3D打印光敏树脂的研究起步较晚，3D打印光敏树脂的发展还存在一些问题，开发出环保、低成本、固化速度快的3D打印用光敏树脂将成为必然趋势。同时，彩色光敏树脂中一般会含有颜料等颗粒物，颜料在分散后也容易团聚，而且颗粒物的直径太大也会堵塞喷头，通常树脂中悬浮颗粒直径须控制在l μm以下。因此，颜料的分散问题也是目前重点研究的内容。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光敏三维打印的结构色材料，制作出高精度、环保、低成本的彩色原件，该原件具有彩虹效应的结构色。本发明的结构色材料包括光敏超支化聚氨酯丙烯酸树脂，具有粘度低、溶解能力强、反应活性高、固化速度快、涂膜性能好、环境污染小等特性。本发明制备出的彩色原件，使用不同粒径的单分散纳米颗粒作为生色单元，使用喷射技术将纳米颗粒在液滴中迅速组装，通过紫外光固化得到不同颜色的原件。这种结构色实质是特殊组织结构对光的色散、散射、干涉和衍射等选择性反射现象产生的视觉效果。与传统染颜料制造或着色过程的高污染不同，单分散纳米颗粒对环境污染小，而且不会堵塞喷头。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案为：一种光敏三维打印的结构色材料，其特征在于，含有单分散纳米颗粒作为组装结构色材料的基础单元，以结构色材料的重量份为100份，所述结构色材料包括：单分散纳米颗粒 5~15份：超支化聚氨酯丙烯酸树脂15~35 份，活性稀释剂 40~50份，醇类溶剂 0~10 份，光引发剂 2~5份，助剂2~10 份。

所述单分散纳米颗粒为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、二氧化硅、二氧化钛、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸)、聚丙烯酰胺、四氧化三铁中的一种。

所述单分散纳米颗粒的粒径在150nm~400nm。

所述单分散纳米颗粒的单分散性PDI小于0.03，在液滴喷射的过程中迅速组装。

所述活性稀释剂可为自由基活性稀释剂，或者为自由基活性稀释剂和阳离子活性稀释剂的混合体。