[发明专利]4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯作为预聚物制备立体光刻快速成型光敏树脂的方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于快速成型制造领域，涉及到4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯作为预聚物制备立体光刻快速成型光敏树脂的方法及应用。

背景技术

快速成型是20世纪80年代末由美国首先开发出的高新技术。该技术采用材料累加的新成形原理，直接通过CAD数据制成三维实体模型。这一技术不需要传统的机床、夹具、刀具，便可快速而精密地制造出任意复杂形状的零件模型，从而实现了“自由制造”。快速成型的出现给工业产品的造型开发，工艺品的模型设计提供了最为便捷的制造工具，使产品的开发速度数十倍地提高。而且越是复杂结构的物体，其制造速度提高越显著。常用的快速成形工艺是紫外激光固化快速成形（俗称：立体光刻快速成型），它是利用紫外激光在光敏树脂液面上按二维截面的形状逐点扫描，使树脂固化，固化后的树脂便形成一个二维图形，如此逐层扫描，固化，最终即可得到完整的三维实体。在立体光刻快速成型中，光敏树脂是成型材料，所用的光敏树脂是在传统的紫外光固化涂料的基础上逐步发展起来的。1995年以前的立体光刻快速成型光敏树脂主要是以环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯作为预聚物的自由基型光敏树脂。虽然这类自由基型光敏树脂具有价格低廉，固化速率快等优势，但由于固化收缩严重，制件翘曲明显，精度难于满足要求，最终被淘汰。

现在，国外应用于立体光刻快速成型的光敏树脂主要是自由基-阳离子型混杂型光敏树脂，这种光敏树脂的特点是预聚物通常既含有双酚A型环氧丙烯酸酯又含有环氧树脂和氧杂环丁烷化合物。这种光敏树脂集中了丙烯酸酯固化速度快和环氧树脂和氧杂环丁烷化合物固化收缩小的优点，使之这种光敏树脂既具有光敏性好，又具有成型件精度高的特点。例如，美国Huntsman公司的立体光刻快速成型光敏树脂和DSM SOMOS公司的立体光刻快速成型光敏树脂就属于自由基-阳离子型混杂型光敏树脂，它们的阳离子型类预聚物主要是脂环族环氧树脂和氧杂环丁烷化合物，见美国专利US: 6365644, US: 5707780, US: 5525645, US: 5573889和US: 5665792, 而没有涉及到4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯的应用。

在国内，有许多大学和科研单位也在开展立体光刻快速成型光敏树脂的研究，取得了一些成果，发表了一些论文和申请了一些专利。但是，在这些发表的论文和申请的专利中，他们制备立体光刻快速成型光敏树脂时所用的阳离子型预聚物主要为脂环族环氧树脂、双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂和氧杂环丁烷化合物，而对于应用4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯作为光敏树脂预聚物还没有见诸报道。     

发明内容

本发明的目的在于提供一种4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯作为预聚物制备立体光刻快速成型光敏树脂的方法，它把挥发性小、刺激性小、黏度适中和光固化活性好的4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯作为一种预聚物来制备立体光刻快速成型光敏树脂，而无需加入成本较高的脂环族环氧树脂，以及黏度较大的双酚A型环氧树脂和酚醛环氧树脂等。

本发明是通过以下技术方案来实现的，立体光刻快速成型光敏树脂由以下原料组成（质量配比）：

4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯15～70份，

氧杂环丁烷化合物5～35份，

醇类化合物3～30份，

丙烯酸酯预聚物15～55份，

丙烯酸酯单体1～20份，

阳离子型光聚合引发剂1～12份，

自由基型光聚合引发剂1～10份。

其制备方法是：1.在装有搅拌器和冷凝管的5000毫升的玻璃三口瓶中，按上述原料质量配比加入4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯，氧杂环丁烷化合物，醇类化合物，丙烯酸酯预聚物，丙烯酸酯单体，阳离子型光聚合引发剂，自由基型光聚合引发剂；2.加热至50℃，搅拌30分钟，使之成为透明的淡黄色均匀液体，这种液体即为本发明配制的光敏树脂。

本发明所述的4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯在立体光刻快速成型光敏树脂中作为阳离子型主要预聚物，在制备光敏树脂时所占质量配比可选为15～70份。

本发明所述的氧杂环丁烷化合物是指含有氧杂环丁烷基团的一系列有机物，它包括含有一个氧杂环丁烷基团和多个氧杂环丁烷基团的系列有机物。优选地，选择含有多个氧杂环丁烷基团的系列有机物。氧杂环丁烷化合物在立体光刻快速成型光敏树脂中所占质量配比可选为5～35份。