[发明专利]用于3D打印技术的由可见光引发的光引发剂组合物及应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料工程技术领域，具体地说，涉及一种用于3D打印技术的由可见光引发的光引发剂组合物及应用。

背景技术

3D(三维)打印技术作为快速成型领域的一种新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。运用该技术进行生产的主要流程是：先应用计算机软件设计出立体的加工样式，然后通过特定的成型设备(俗称“3D打印机”)，用液化、粉末化等的固体材料逐层增加材料来生成产品。它与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造，也称增材制造或增量制造。

3D打印制造工艺流程短、全自动、可实现现场制造，制造更快速、更高效。它把三维结构的物体先分解成二维层状结构，逐层累加形成三维物品。因此，原理上3D打印技术可以制造出任何复杂的结构。“从下而上”的堆积方式对于实现非匀致材料、功能梯度的器件更有优势。难成型的部件均可通过“打印”方式一次性直接制造出来，不需要通过组装拼接等复杂过程来实现。

目前，3D打印的主要工艺有光固化成形、材料喷射、粘接剂喷射、熔融沉积制造、选择性激光烧结、片层压、定向能量沉积等。其中光固化3D打印成形技术即为一种使用广泛的3D打印技术。其基本流程是光敏树脂由3D打印机喷嘴孔喷射出，光源在树脂表面进行扫描后，材料中的光引发剂引发体系中的单体或齐聚物发生化学反应，迅速固化，层层堆积得到成形零件。

光固化3D打印成形技术中，光源的选择主要取决于光引发剂对不同频率光子的吸收。多数光引发剂在紫外区的光吸收系数较大，在紫外光区很容易使材料固化，因而，紫外激光是目前最常用的光源。然而，紫外激光光源存在安全性问题，及制作成本高等缺点，这限制了其应用。而可见激光具有穿透能力强、能量大、引发效率高、稳定性好，更重要地，安全性能高等优点，被认为是未来发展的一个重要趋势。因此，开发新型对长波长可见光敏感的光引发剂体系及光固化材料成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的对长波长可见光敏感的用于3D打印的光引发剂组合物。该引发剂组合物可以使材料在可见光下固化，以解决现有技术中光引发剂需要采用紫外光激发而存在的安全问题。该引发剂组合物可以使材料在短时间内固化，适用于3D打印设备的要求。

为了实现本发明目的，本发明提供的用于3D打印技术的由可见光引发的光引发剂组合物，由主光引发剂和助光引发剂构成，其中主光引发剂和助光引发剂的重量比为1:0.1-10，优选1:0.2-2。

其中，所述主光引发剂是碘鎓盐类化合物、硫鎓盐类化合物或它们的任意混合物。所述碘鎓盐类化合物包括二芳基碘鎓盐、芳基烷基碘鎓盐、烷基碘鎓盐，优选为二芳基碘鎓盐，更优选为二苯基碘鎓盐六氟磷酸盐等。所述硫鎓盐类化合物包括三芳基硫鎓盐、二芳基硫鎓盐、烷基硫鎓盐，优选为三芳基硫鎓盐，更优选为三苯基硫鎓盐六氟磷酸盐等。

所述助光引发剂的结构式如式(I)所示：

式(I)中，R选自H、Cl、Br、I、NO₂中的一种或多种，M选自H、Na、K、Li、NH₄中的一种或多种。

所述助光引发剂优选为曙红、曙红二钠盐。

本发明还提供所述光引发剂组合物在3D打印光固化成形技术中的应用。

本发明还提供由所述光引发剂组合物制备的光固化材料，其中，所述光引发剂组合物占光固化材料总重的0.1-10wt％，优选1-5wt％。

本发明的光固化材料可由如下重量份的各成分组成：

其中，所述含烯类不饱和基团的预聚物为环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或它们的任意混合物。所述环氧丙烯酸酯是环氧树脂和不饱和羧酸反应的加成产物，优选为双酚A型环氧树脂的环氧丙烯酸酯、线型酚醛环氧树脂的环氧丙烯酸酯。所述聚氨酯丙烯酸酯是通过含羟基的丙烯酸酯与多元醇和多异氰酸酯的反应产物进行反应制得的反应物，其中所述含羟基的丙烯酸酯包括丙烯酸羟烷基酯，所述多元醇包括乙二醇、丙二醇等，所述多异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯等。所述聚酯丙烯酸酯是聚酯多元醇和丙烯酸的缩合产物，其中所述聚酯多元醇是多元醇与二元酸的反应产物，所述多元醇包括乙二醇、丙二醇等。所述二元酸包括己二酸等。所述聚醚丙烯酸酯包括聚乙二醇二丙烯酸酯等。