[发明专利]一种膨胀单体改性光固化树脂及其制备方法

说明书

一种膨胀单体改性光固化树脂及其制备方法，旨在提供膨胀单体改性的光固化树脂及其制备方法。光固化树脂在光固化快速成型技术(SLA)中的起到非常关键的作用，该成型技术具有能耗小、成本低、成型精度高等特点,它的出现推动了制造领域的巨大变革。光固化树脂在固化过程中存在体积收缩的问题，导致成形制品收缩翘曲大、精度小、力学性能差，影响最终成品的性能。本发明通过引入膨胀单体到树脂固化体系中，利用其聚合膨胀的特性来抵消光固化树脂聚合时的体积收缩，制备出的光固化复合树脂具有低收缩特性，良好的理化性能、热力学性能，可以采用直接光固化快速成型、3D打印成型等方式成型，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及高分子光固化树脂领域，尤其涉及一种膨胀单体改性光固化树脂及其制备方法。

背景技术

在20世纪70年代末，美国提出了快速成型的概念，即利用连续层的选区固化产生三维实体的构想。在快速成型技术中，光固化快速成型技术研究最深入，发展迅速，应用广泛，同时也是目前最成熟的快速成型技术。经过30多年的发展，光固化快速成型技术已经取得了长远的发展，从事快速光固化成型方法研究的企业和机构也越来越多，如3D Systems公司、EOC公司、CMET公司等。目前，激光扫描的应用使成型速度提高了大约4倍，成型效率大大提高，打印成型精度也相应提高了一倍，广泛应用于航空、汽车、电器、消费品以及医疗等行业。

快速成型技术早期使用的材料是光固化树脂，其中自由基型光固化树脂最多。自由基型光固化树脂具有力学强度高，固化速度快，成本低的有单，但是其收缩率大，材料成型精度低。阳离子型光固化树脂具有粘度低，翘曲变形小的优点，但是临界曝光量大，固化速度慢等缺点。将自由基型光固化树脂与阳离子型光固化树脂混合制备出混杂光固化树脂，结合两者的优点。这种类型的光固化树脂可以弥补阳离子树脂固化慢的缺点，提高固化速度。但是这种混杂光固化树脂依然存在着固化体积收缩的问题，无论传统的浇筑成型还是挤出成型。在光固化成型中不仅有热胀冷缩引起的收缩还有因分子间发生反应引起的收缩。众所周知光固化树脂由低聚物和活性稀释剂组成，光固化树脂在没有反应时，分子间以范德华力存在，分子间距为范德华间距；当光引发剂分解后，稀释剂和低聚物发生聚合，分子间的距离也由范德华间距变为共价键间距。

体积收缩在光固化树脂快速成型过程中，影响最终光固化树脂材料的机械性能、理化性能等。科研人员一直致力于解决快速成型技术中光固化树脂的体积收缩问题。科学家在20世纪70年代发现了膨胀单体，并不断探索出了其许多特殊的应用价值。膨胀单体是一类在聚合过程中体积能产生膨胀的单体物质，在聚合反应完成之后物质的体积明显较单体状态增大，因此可以满足某些工业应用的需要。目前，膨胀单体和膨胀聚合反应已用于制备高强度复合材料、高性能粘合剂、生物降解高分子材料、医用高分子材料，也用于通用高分子的改性及合成带有官能团的低聚物等领域。

开发这类单体的主要目的是用它们对商品化树脂进行改性，以提高商品化树脂的性能，从而成为高技术含量、高附加值的产品。本发明的目的是制备高性能的光固化树脂材料，采用丙烯酸-环氧复合树脂体系为基体，引入螺环原碳酸酯类膨胀单体，利用其聚合膨胀的特性来抵消光固化树脂聚合时的体积收缩，制备出的光固化复合树脂具有低收缩特性，良好的理化性能、热力学性能，可以采用直接光固化快速成型、3D打印成型等方式成型，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种光固化树脂材料，尤其提供一种膨胀单体改性光固化树脂及其制备方法。

本发明所述的一种膨胀单体改性光固化树脂包括以下组份：基体树脂、膨胀单体、活性稀释剂、阳离子光引发剂、自由基光引发剂、光敏助剂、纳米颗粒、颜料组成；按照质量份数计算，相对于基体树脂100份计算，活性稀释剂8-25份，膨胀单体2-20份，阳离子光引发剂0.8-12份，自由基光引发剂0.8-10份，光敏剂0.1-2份，纳米颗粒25-70份，颜料0-1份。

所述的基体树脂包括丙烯酸树脂和环氧树脂的组合物；