[发明专利]一种水性3D打印材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种水性3D打印材料，所述材料的原料包含2,4,6‑三甲基苯甲酰基‑二苯基氧化膦、双酚A环氧丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯、改性纳米二氧化锆，能够在较少甚至不采用活性稀释剂的情况下通过3D打印工艺制备固化材料，且材料具备较低的收缩率和优异的力学性能。本发明还提供了所述材料的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及一种水性3D打印材料，以及所述材料的制备方法和应用。

背景技术

光固化3D打印材料又称光敏树脂，光敏树脂通常是由低聚物、活性稀释剂、光引发剂和其他添加剂组成。目前，光固化3D打印技术常用的液态光固化材料主要为含不饱和双键的光敏树脂，如不饱和聚酯树脂、环氧丙烯酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸树脂等。但是这些树脂在光照聚合过程中会产生较大的体积收缩率，这是影响工件制造精度的主要因素。另外，树脂固化收缩会导致收缩应力的产生，收缩较大时会引起工件的翘曲变形，甚至严重变形。

因此，需要提供一种收缩率低、力学性能优异的3D打印材料以解决现有技术中存在的问题

发明内容

本发明提供了一种水性3D打印材料，所述材料的原料包含2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、双酚A环氧丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯、改性纳米二氧化锆，能够在较少甚至不采用活性稀释剂的情况下通过3D打印工艺制备固化材料，且材料具备较低的收缩率和优异的力学性能。本发明还提供了所述材料的制备方法和应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种水性3D打印材料，制备所述材料的原料包括2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、双酚A环氧丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯、改性纳米二氧化锆；

其中，所述水性聚氨酯丙烯酸酯的制备方法为：步骤一，在反应器中加入异氰酸酯三聚体、丙烯酸酯化合物1、小分子醇1、催化剂、阻聚剂，控制反应器温度在75～85℃，反应2～4小时；

步骤二，继续向反应器中加入二异氰酸酯、亲水化合物、小分子醇2、聚酯二元醇、聚醚二元醇、丙烯酸酯化合物2、丙酮，反应2～4小时后，控制反应器温度在35～45℃，加入中和剂，搅拌均匀后加入去离子水，搅拌均匀后二元胺扩链剂，搅拌均匀后得到所述水性聚氨酯丙烯酸酯；

所述改性纳米二氧化锆的制备方法为：在反应器中加入无水乙醇、纳米二氧化锆、乙烯基三乙氧基硅烷，控制反应器温度在55～65℃，搅拌3～5小时后出料烘干，得到所述改性纳米二氧化锆。

本发明采用水性聚氨酯丙烯酸酯作为光固化树脂的主要原料，配合其他组分，使得液体光固化树脂在使用较少活性稀释剂或不添加活性稀释剂的条件下依然具有符合3D打印光固化树脂的粘度和良好的相容性，经光固化后得到的固化材料具有较低的收缩率和优异的力学性能。本发明光引发剂选择的是2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦，具有较高的引发效率、良好的溶解性和稳定性。所述改性纳米二氧化锆是经过特定的硅烷偶联剂进行处理，使得二氧化锆表面附着有偶联剂分子，一方面能够促进二氧化锆在光固化树脂中的分散，另一方面能够小幅提高固化材料的力学性能，降低收缩率。

优选地，所述异氰酸酯三聚体为HDI三聚体，所述二异氰酸酯为HDI。其中所述HDI三聚体指的是六亚甲基二异氰酸酯三聚体，所述HDI指的是六亚甲基二异氰酸酯。