[发明专利]一种3D打印专用聚乙烯醇缩丁醛树脂及其制备方法

说明书

本发明属于3D打印的技术领域，涉及一种3D打印专用聚乙烯醇缩丁醛树脂，该树脂在10％乙醇溶液中的粘度为40‑250Pa.s，其残余丁醛含量≤10ppm，残余二乙基己烯醛含量≤1000ppm，本发明还提供了这种聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法，以聚合度为300‑1000，醇解度为90％‑99％的聚乙烯醇为原料，溶解后在酸的催化下和醛发生缩合反应，再通过中和反应和水洗干燥得到聚乙烯醇缩丁醛树脂粉末。本发明提供的3D打印专用聚乙烯醇缩丁醛树脂在应用时不需要添加辅助树脂，也不需要加入溶剂或增塑剂，在生产3D打印线材和3D打印过程中无烟气与异味产生，同时制品具有较高的力学性能与耐环境老化的性能。

技术领域

本发明属于3D打印的技术领域，涉及一种3D打印专用聚乙烯醇缩丁醛树脂及其制备方法。

背景技术

自从1984年Charles Hull发明3D打印机以来，3D打印工艺与技术发展迅速，3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，被誉为“第三次工业革命”，逐步应用于军事、医疗、食品、航空航天等诸多领域。

3D打印技术主要包括激光熔覆成型(LCF)、光固化立体造型(SLA)、熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)和三维立体印刷(3DP)等。而常用的3D打印材料可分为金属材料、高分子材料和无机非金属材料类三大类，其中用量最大、应用范围最广、成型方式最多的材料为高分子材料，其主要包括高分子线材、光敏树脂及高分子粉末3种形式。

FDM是目前最具生命力的快速成型技术之一，它以丝状塑料为打印耗材，利用电热热熔喷头，使得熔融状态的材料按计算机控制的路径挤出、沉积，并凝固成型，经过逐层沉积、凝固，最后除去支撑材料，得到所需三维产品。而通用的高分子线材如PLA、ABS等通过FDM之后会形成大量凸起而使得制品表面粗糙，需要再经过打磨来光滑表面，而对于复杂结构的产品，表面打磨又存在较大的工艺难度。为了解决这一技术问题，技术人员使用聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB)来替代这些通用高分子线材，PVB树脂是一种热塑性高分子材料，广泛应用于夹层材料，油墨等领域。其无定型的聚集态结构以及较好的加工性能与力学性能使其非常适合作为3D打印的原材料。而其良好的醇溶性，使得其在打印成制品之后，通过醇蒸汽或者是雾状醇都能够将其表面抛光。同时，PVB树脂也可以作为支撑材料，在镂空制品打印完成后，通过醇溶解去除支撑件。

中国专利CN105462130A公开了一种醇溶性的3D打印材料，应用PVB与聚酰胺等共混制成的线材可以溶解于无水乙醇，在3D打印过程中作为支撑材料使用，并可在制品完成后通过乙醇溶解去除支撑材料。中国专利CN106832710A公开了一种水溶性的3D打印材料，将PVB与PVA混合通过加入增塑剂与相容剂得到可水溶性3D打印支撑材料。

上述应用中PVB树脂的都是通过添加辅助树脂来提高其加工性能，而辅助树脂的大量加入降低了材料的力学性能与光学透明性，增加了相容性的风险。同时，上述应用中还加入了大量溶剂或增塑剂来提高使用或加工性能，而3D打印过程中由于温度较高，溶剂和增塑剂的挥发会产生气味和烟雾，对生产加工环境和3D打印过程的环境产生较大的影响，而且溶剂和增塑剂在制品中的加入也会影响3D打印产品的力学性能与耐环境影响的性能。这些技术问题产生的根本原因是上述应用均使用通用的PVB树脂作为原材料，而通用的PVB树脂多用于油墨或者夹层材料，其在10％乙醇溶液中的粘度为1000-2000mpa.s，因此在使用时需要加入辅助树脂和大量溶剂、增塑剂来提高其加工性能。

所以，开发一种专用于3D打印的PVB树脂，对于生产醇溶性的的3D打印支撑材料和表面易抛光的3D打印材料具有较为积极的意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种3D打印专用聚乙烯醇缩丁醛树脂，在应用时不需要添加辅助树脂，也不需要加入溶剂或增塑剂，在生产3D打印线材和3D打印过程中无烟气与异味产生，同时制品具有较高的力学性能与耐环境老化的性能。