RU2244335C2 - Photopolymerizable composition for visible-region laser stereolithography - Google Patents

Photopolymerizable composition for visible-region laser stereolithography Download PDF

Info

Publication number
RU2244335C2
RU2244335C2 RU2002133063/04A RU2002133063A RU2244335C2 RU 2244335 C2 RU2244335 C2 RU 2244335C2 RU 2002133063/04 A RU2002133063/04 A RU 2002133063/04A RU 2002133063 A RU2002133063 A RU 2002133063A RU 2244335 C2 RU2244335 C2 RU 2244335C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composition
pmma
diacrylate
initiating system
stereolithography
Prior art date
Application number
RU2002133063/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002133063A (en
Inventor
А.В. Любимов (RU)
А.В. Любимов
Б.И. Западинский (RU)
Б.И. Западинский
И.Н. Шиганов (RU)
И.Н. Шиганов
И.Е. Малов (RU)
И.Е. Малов
нц А.Г. Григор (RU)
А.Г. Григорянц
Original Assignee
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана filed Critical Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Priority to RU2002133063/04A priority Critical patent/RU2244335C2/en
Publication of RU2002133063A publication Critical patent/RU2002133063A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2244335C2 publication Critical patent/RU2244335C2/en

Links

Landscapes

  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)

Abstract

FIELD: polymer materials.
SUBSTANCE: invention provides photopolymerizable composition for lithography utilizing visible-region light comprising (i) acryl oligomers and (ii) initiating system, said acryl oligomers being hexanediol diacrylate or trimethylolpropane triacrylate and ethoxylated diphenylolpropane diacrylate and said initiating system being a mixture of Bengal rose with dimethylethanolamine in 1-vinyl-2-pyrrolidone, and, additionally, (iii) polymethylmethacrylate. Composition possesses light sensitivity high enough to manufacture three-dimensional variably shaped articles under laser 3D-stereolithography conditions using inexpensive and small-size lasers with λ=530 nm.
EFFECT: expanded lithographic possibilities at lower cost.
2 tbl, 11 ex

Description

Изобретение относится к фотополимеризующимся композициям на основе акриловых олигомеров и может быть использовано в лазерной стереолитографии.The invention relates to photopolymerizable compositions based on acrylic oligomers and can be used in laser stereolithography.

В последние годы в высокотехнологических отраслях техники интенсивно развиваются методы формирования трехмерных объектов не путем удаления материала (точение, фрезерование, электроэрозионная обработка) или изменения формы заготовки (ковка, штамповка, прессовка), а путем послойного наращивания материала за счет изменения фазового состояния вещества в заданной области пространства. Фотохимические технологии основаны на эффекте локального изменения фазового состояния однородной среды (переход жидкость - твердое тело) в результате фотоинициированной в заданном объеме полимеризации.In recent years, in high-tech industries, methods of forming three-dimensional objects have been intensively developed not by removing material (turning, milling, electrical discharge machining) or changing the shape of the workpiece (forging, stamping, pressing), but by layer-by-layer building of the material by changing the phase state of the substance in a given areas of space. Photochemical technologies are based on the effect of a local change in the phase state of a homogeneous medium (liquid – solid transition) as a result of photoinitiation in a given volume of polymerization.

Лазерная стереолитография включает создание компьютерного образа детали, его разбиение на тонкие слои, расчет траектории движения лазерного луча, заполняющего каждое сечение и последовательное воспроизведение соответствующих поперечных сечений на поверхности жидкой фотополимеризующейся композиции сфокусированным пучком инициирующего полимеризацию лазерного излучения.Laser stereolithography includes creating a computer image of the part, dividing it into thin layers, calculating the trajectory of the laser beam that fills each section and sequentially reproducing the corresponding cross sections on the surface of the liquid photopolymerizable composition with a focused beam initiating the polymerization of laser radiation.

В настоящее время во всем мире используется лазерная стереолитография с использованием лазеров УФ-диапазона, энергия кванта которых достаточна для разрыва химической связи в фотоинициаторе. Образующиеся свободные радикалы ведут цепную полимеризацию фотополимеризующейся композиции с образованием твердого полимера. Эти процессы широко применяются в современной технике - только в США объем оборота достигает 2,5 млрд. долларов. Однако лазеры УФ-диапазона обладают существенными недостатками: высоким энергопотреблением, сравнимым с металлообрабатывающими центрами, большими габаритами и известным вредным влиянием ультрафиолетового излучения на окружающую среду [Hagiwara Т. Recent Progress of Photo-Resin For Rapid Prototyping, "Resin For Stereolithography". Macromolecular Symposia. 2001. 175. PP.397-402].Currently, laser stereolithography is used around the world using UV lasers, the quantum energy of which is sufficient to break the chemical bond in the photoinitiator. The resulting free radicals chain polymerize the photopolymerizable composition to form a solid polymer. These processes are widely used in modern technology - in the United States alone, turnover reaches $ 2.5 billion. However, UV lasers have significant drawbacks: high energy consumption, comparable to metal processing centers, large size and the known harmful effects of ultraviolet radiation on the environment [Hagiwara T. Recent Progress of Photo-Resin For Rapid Prototyping, "Resin For Stereolithography". Macromolecular Symposia. 2001.175. PP.397-402].

В то же время известны экономичные и малогабаритные твердотельные лазеры на кристалле легированного неодимом алюмоиттриевого граната с диодной подкачкой, генерирующие излучение 1,06 мкм. Удвоение частоты (2-я гармоника) дает длину волны 532 нм. До настоящего времени не известно использование видимого света со столь большой длиной волны в установках для лазерной стереолитографии. Это связано с тем, что энергии фотонов с λ =530 нм недостаточно для разрыва химической связи с образованием инициирующих радикалов. Для полимеризации, инициируемой длинноволновым видимым светом, используют довольно сложные инициирующие системы, состоящие как минимум из красителя-сенсибилизатора и донора протона [Lee J.H., Prud'homme R.K., Aksay I.A. Cure Depth In Photopolymerization: Experiments And Theory. Journal of Materials Research. 2001. 16. No.12. PP.3536-3544]. Подобное инициирование весьма неэффективно, из-за чего и не удается реализовать столь сложный технологический процесс на лазерах с λ >500 нм.At the same time, economical and small-sized solid-state lasers based on a crystal of neodymium-doped aluminum yttrium garnet with diode pumping, generating radiation of 1.06 μm, are known. Frequency doubling (2nd harmonic) gives a wavelength of 532 nm. Until now, the use of visible light with such a large wavelength in laser stereolithography installations is not known. This is due to the fact that the energy of photons with λ = 530 nm is not enough to break the chemical bond with the formation of initiating radicals. For polymerization initiated by long-wave visible light, rather complex initiating systems are used, consisting of at least a dye-sensitizer and a proton donor [Lee J.H., Prud'homme R.K., Aksay I.A. Cure Depth In Photopolymerization: Experiments And Theory. Journal of Materials Research. 2001.16. PP.3536-3544]. Such initiation is very inefficient, which is why it is not possible to implement such a complex technological process on lasers with λ> 500 nm.

Фотополимеризующиеся композиции для лазерной стереолитографии состоят из смесей олигомеров и мономеров акрилового типа (значительно менее распространены эпоксидные композиции). Например, в патенте США 6025114 (2000 г.) предлагается достаточно типичная композиция стереолитографического назначения, состоящая из (мет)акрилата с функциональностью ≥ 3, уретан(мет)акрилата с функциональностью 2-4, (мет)акрилата на основе дифенилолпропана и инициирующей системы для УФ света. В Пат. США 6432607 (2002 г.) композиция дополнительно содержит ди(мет)акрилаты на основе бисмалеимидов, что позволяет повысить точность размеров “выращиваемых” изделий. Эти композиции являются аналогами предлагаемому изобретению, но они не могут служить прототипом, поскольку используются в установках с УФ лазерами, т.е. в резко отличных условиях.Photopolymerizable compositions for laser stereolithography consist of mixtures of oligomers and monomers of acrylic type (epoxy compositions are much less common). For example, US Pat. No. 6,025,114 (2000) proposes a fairly typical stereolithographic composition consisting of (meth) acrylate with functionality ≥ 3, urethane (meth) acrylate with 2-4 functionality, (meth) acrylate based on diphenylolpropane and an initiating system for UV light. In Pat. US 6432607 (2002), the composition additionally contains bismaleimide-based di (meth) acrylates, which improves the size accuracy of “grown” products. These compositions are analogues of the present invention, but they cannot serve as a prototype, since they are used in installations with UV lasers, i.e. in dramatically excellent conditions.

Наиболее близкой к предлагаемой композиции (прототипом) является фоточувствительная композиция на основе акриловых олигомеров, полимеризующаяся под действием видимого света с длиной волны 380-490 нм, преимущественно 410 нм, в присутствии инициирующей системы на основе титаноценового и карбонильного соединений, которые дополнительно могут содержать производные бензоина, аминобензофеноны, тиозамещенные кетоны, ацилфосфинсульфиды, тиоксантоны, цианиновые красители и др. (Пат. США 6468711, МКИ6 G 03 F 7/004, 22.10.2002 г.).Closest to the proposed composition (prototype) is a photosensitive composition based on acrylic oligomers, polymerizing under the influence of visible light with a wavelength of 380-490 nm, mainly 410 nm, in the presence of an initiating system based on titanocene and carbonyl compounds, which may additionally contain benzoin derivatives , aminobenzophenones, thiosubstituted ketones, acylphosphine sulfides, thioxanthones, cyanine dyes, etc. (US Pat. USA 6468711, MKI 6 G 03 F 7/004, 10/22/2002).

Подобные композиции широко используются для получения покрытий различного назначения, например литографическим методом, но не могут быть применены в лазерной 3D-стереолитографии даже при оптимальных длинах волн вблизи 410 нм ввиду низкой скорости полимеризации, например, покрытие толщиной 50-100 мкм формируется за 3-5 мин облучения (при λ =530 нм образования твердого полимера не происходит).Such compositions are widely used to obtain coatings for various purposes, for example, by the lithographic method, but cannot be used in 3D laser stereolithography even at optimal wavelengths near 410 nm due to the low polymerization rate, for example, a coating with a thickness of 50-100 microns is formed in 3-5 min of irradiation (at λ = 530 nm, the formation of a solid polymer does not occur).

Задачей настоящего изобретения является создание акриловой композиции, способной к образованию трехмерного изделия в условиях метода лазерной стереолитографии с использованием лазера, излучающего свет с λ >500 нм. Как указывалось выше, подобные композиции и указанный метод до настоящего времени не созданы.The objective of the present invention is to provide an acrylic composition capable of forming a three-dimensional product under the conditions of laser stereolithography using a laser emitting light with λ> 500 nm. As indicated above, similar compositions and the specified method to date have not been created.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемой фотополимеризующейся композицией для литографии с использованием света видимого диапазона, включающей акриловые олигомеры и инициирующую систему, которая, согласно изобретению, в качестве акриловых олигомеров содержит диакрилат гександиола или триакрилат триметилолпропана и этоксилированный диакрилат дифенилолпропана, в качестве инициирущей системы - смесь Бенгальской розы с диметилэтаноламином в 1-винил-2-пирролидоне, и дополнительно содержит полиметилметакрилат при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:The solution of this problem is achieved by the proposed photopolymerizable lithography composition using visible light, including acrylic oligomers and an initiating system, which, according to the invention, contains hexanediol diacrylate or trimethylolpropane triacrylate and ethoxylated diphenylolpropane diacrylate as a rose mixture, as the initial mixture with dimethylethanolamine in 1-vinyl-2-pyrrolidone, and additionally contains polymethyl methacrylate, as follows m ratio of components, wt. hours:

Полиметилметакрилат 0,1-0,8Polymethylmethacrylate 0.1-0.8

Бенгальская роза 0,20-0,22Bengal rose 0.20-0.22

Диметилэтаноламин 1,82-2,05Dimethylethanolamine 1.82-2.05

1-Винил-2-пирролидон 3,00-5,221-vinyl-2-pyrrolidone 3.00-5.22

Этоксилированный диакрилатEthoxylated diacrylate

дифенилолпропана 47,1-79,21diphenylolpropane 47.1-79.21

Диакрилат гександиола илиHexanediol diacrylate or

триакрилат триметилолпропана 13,96-47,40.trimethylolpropane triacrylate 13.96-47.40.

В основу решения данной задачи положено проявление известного для акриловых олигомеров “гель-эффекта” - резкого ускорения скорости полимеризации после достижения точки гелеобразования. Для обычных дифункциональных акриловых олигомеров гель-точка достигается при 4-5% превращения двойных связей, для систем, содержащих, как в приведенных выше аналогах, полифункциональные (>2) (мет)акрилаты, - 3-4% превращения. Естественно, что любой фактор, ускоряющий достижение точки геля, и, следовательно, стадию резкого повышения скорости образования твердого полимера, позволяет увеличить фоточувствительность композиции, т.е. снизить удельный расход энергии на образование 1 г твердого полимера. Это особенно существенно при использовании низкоэнергетических лазеров.The basis for solving this problem is the manifestation of the “gel effect” known for acrylic oligomers — a sharp acceleration of the polymerization rate after reaching the gel point. For ordinary difunctional acrylic oligomers, gel-point is achieved at 4-5% conversion of double bonds, for systems containing, as in the above analogues, polyfunctional (> 2) (meth) acrylates, 3-4% conversion. Naturally, any factor accelerating the achievement of the gel point, and, therefore, the stage of a sharp increase in the rate of formation of a solid polymer, can increase the photosensitivity of the composition, i.e. reduce specific energy consumption for the formation of 1 g of solid polymer. This is especially significant when using low-energy lasers.

Неожиданно оказалось, что микродобавки высокомолекулярного полимера - полиметилметакрилата (ПММА) к композициям на основе акриловых олигомеров резко увеличивают скорость фотополимеризации без значительного изменения макровязкости композиции. Эффект наиболее отчетливо проявляется при использовании 0,2-0,8 мас.% ПММА. Ниже этого предела увеличение скорости недостаточно для реализации метода лазерной стереолитографии, а при более высоком содержании полимера сильно повышается вязкость композиции, что препятствует натеканию жидкости на подложку и снижает производительность процесса.It was unexpectedly found that microadditives of a high molecular weight polymer - polymethylmethacrylate (PMMA) to compositions based on acrylic oligomers dramatically increase the speed of photopolymerization without significantly changing the macro viscosity of the composition. The effect is most pronounced when using 0.2-0.8 wt.% PMMA. Below this limit, an increase in speed is not enough to implement the laser stereolithography method, and at a higher polymer content, the viscosity of the composition increases significantly, which prevents the leakage of liquid onto the substrate and reduces the process productivity.

Многие высокополимеры, в том числе и ПММА, довольно часто добавляют в олигомерные композиции в количестве 5-90% для повышения механической прочности, особенно ударопрочности, пленок и покрытий. Например, в Пат. США 6486234 (2002 г.) для повышения ударопрочности покрытий в композицию на основе акриловых олигомеров вводят 1-20 мас.% ПММА или другого полимера, а в Пат. США 6462129 (2002 г.) для этой цели используют 40-99 м.ч. ПММА или другого полимера на 61-120 м.ч. других компонентов. Очевидно, что подобный подход не имеет ничего общего с предлагаемым техническим решением.Many high polymers, including PMMA, are often added to oligomeric compositions in an amount of 5-90% to increase mechanical strength, especially impact resistance, films and coatings. For example, in Pat. US 6486234 (2002) to increase the impact resistance of coatings in the composition based on acrylic oligomers enter 1-20 wt.% PMMA or another polymer, and in US Pat. US 6462129 (2002) for this purpose use 40-99 mph PMMA or other polymer at 61-120 mph other components. Obviously, such an approach has nothing to do with the proposed technical solution.

В приведенных ниже примерах раскрываются экспериментальные условия получения предлагаемых композиций и контрольных образцов, а в таблицах 1 и 2 представлены данные по скорости фотополимеризации (Vp) изученных композиций, в том числе и в условиях, моделирующих метод лазерной стереолитографии.In the examples below, the experimental conditions for obtaining the proposed compositions and control samples are disclosed, and tables 1 and 2 present data on the photopolymerization rate (V p ) of the studied compositions, including under conditions simulating the method of laser stereolithography.

Композиции готовили следующим образом: для приготовления инициирующей системы навеску фотосенсибилизатора - Бенгальской розы (БР) и N,N-диметилэтаноламина (ДМЭА) растворяли в реакционном разбавителе - 1-винил-2-пирролидоне (ВП). Вязкий дифункциональный олигомер смешивали с реакционньм разбавителем (монофункциональным реагентом) и вносили раствор фотоинициатора, тщательно перемешивали. В указанных в примерах случаях к смеси моно- и дифункциональных олигомеров добавляли полифункциональный олигомер, например триакрилат триметилолпропана. ПММА предварительно растворяли в наименее вязком олигомере и добавляли к композиции. Полученные композиции помещали в эксикатор и вакуумировали в течение 2-3 часов, затем выдерживали под вакуумом 10-12 часов для удаления пузырьков воздуха. Композицию хранили в холодильнике в таре коричневого стекла или экранированной черной бумагой.The compositions were prepared as follows: to prepare the initiating system, a weighed photosensitizer — a Bengal rose (BR) and N, N-dimethylethanolamine (DMEA) was dissolved in a reaction diluent — 1-vinyl-2-pyrrolidone (VP). A viscous difunctional oligomer was mixed with a reaction diluent (monofunctional reagent) and a photoinitiator solution was added, mixed thoroughly. In the cases indicated in the examples, a multifunctional oligomer, for example, trimethylolpropane triacrylate, was added to a mixture of mono- and difunctional oligomers. PMMA was previously dissolved in the least viscous oligomer and added to the composition. The resulting compositions were placed in a desiccator and vacuumized for 2-3 hours, then kept under vacuum for 10-12 hours to remove air bubbles. The composition was stored in a refrigerator in a brown glass container or shielded black paper.

Предварительные испытания фотополимеризации проводили облучением капли композиции на предметном стекле под галогеновой лампой 100 Вт с фильтром, пропускающим свет с λ >530 нм, на расстоянии 10 см в течение 1 мин.Preliminary tests of photopolymerization were carried out by irradiating a drop of the composition on a glass slide under a 100 W halogen lamp with a filter transmitting light with λ> 530 nm at a distance of 10 cm for 1 min.

Скорость полимеризации композиций определяли методом ИК-спектроскопии. Композицию помещали между стеклами NaCl и снимали ИК-спектр в области 1700-1400 см-1 для определения оптической плотности полосы ν C=C = 1613 см-1 и оптической плотности внутреннего стандарта, ν C-CH3 = 1443 см-1. Затем композицию облучали видимым светом с λ возбуждения = 480-540 нм и интенсивностью 100 Вт/м2 и снимали ИК-спектр. Конверсию двойных связей рассчитывали по формуле:The polymerization rate of the compositions was determined by IR spectroscopy. The composition was placed between NaCl glasses and the IR spectrum was recorded in the range of 1700-1400 cm -1 to determine the optical density of the strip ν C = C = 1613 cm -1 and the optical density of the internal standard, ν C-CH3 = 1443 cm -1 . Then the composition was irradiated with visible light with λ excitation = 480-540 nm and an intensity of 100 W / m 2 and the IR spectrum was recorded. The conversion of double bonds was calculated by the formula:

К=100%-D t 1613 D 0 1443 /D 0 1613 D t 1443 · 100%,K = 100% -D t 1613 D 0 1443 / D 0 1613 D t 1443 · 100%,

где D 0 1613 - оптическая плотность поглощения двойных связей до облучения (t=0);where d 0 1613 - optical absorption density of double bonds before irradiation (t = 0);

D 0 1443 - оптическая плотность поглощения групп С-СН3 до облучения (t=0);D 0 1443 - absorbance of the C — CH 3 groups before irradiation (t = 0);

D t 1613 - оптическая плотность поглощения двойных связей после облучения, t=τ ;D t 1613 is the optical density of absorption of double bonds after irradiation, t = τ;

D t 1443 - оптическая плотность поглощения групп С-СН3 после облучения, t=τ .D t 1443 is the absorbance of the C — CH 3 groups after irradiation, t = τ.

ПримерыExamples

Пример 1. 0,22 г фотосенсибилизатора Бенгальской розы (БР) растворяли в 4,65 г 1-винил-2-пирролидона (ВП) и в 2,05 г N,N-диметилэтаноламина (ДМЭА). 0,4 г ПММА (М.М. 60000-70000) растворяли в 13,96 г диакрилата гександиола (ДАГД) и смешивали 78,72 г этоксилированного диметакрилата дифенилолпропана (Бис ГМА).Example 1. 0.22 g of a Bengal rose photosensitizer (BR) was dissolved in 4.65 g of 1-vinyl-2-pyrrolidone (VP) and in 2.05 g of N, N-dimethylethanolamine (DMEA). 0.4 g of PMMA (M.M. 60000-70000) was dissolved in 13.96 g of hexanediol diacrylate (DAGD) and 78.72 g of ethoxylated diphenylolpropane ethoxylated (Bis GMA) was mixed.

СН2=С(СН3)СООСН2СН(ОН)СН26Н4С(СН3)2С6Н4ОСН2СН(ОН)СН2OOСС(СН3)=СН2 CH 2 = C (CH 3 ) COOCH 2 CH (OH) CH 2 OC 6 H 4 C (CH 3 ) 2 C 6 H 4 OCH 2 CH (OH) CH 2 OOCC (CH 3 ) = CH 2

Бис-ГМАBis-GMA

Затем олигомеры смешивали с приготовленным раствором инициирующей системы, тщательно перемешивали, помещали в эксикатор и вакуумировали в течение 2-3 часов, затем композицию оставляли под вакуумом на 10-12 часов для удаления пузырьков воздуха из композиции.Then the oligomers were mixed with the prepared solution of the initiating system, mixed thoroughly, placed in a desiccator and vacuum for 2-3 hours, then the composition was left under vacuum for 10-12 hours to remove air bubbles from the composition.

Содержание компонентов в полученной композиции составляет, мас. ч.:The content of components in the resulting composition is, wt. hours:

Полиметилметакрилат (ПММА) 0,4Polymethylmethacrylate (PMMA) 0.4

Бенгальская роза (БР) 0,22Bengal rose (BR) 0.22

Диметилэтаноламин (ДМЭА) 2,05Dimethylethanolamine (DMEA) 2.05

1-Винил-2-пирролидон (ВП) 4,651-Vinyl-2-pyrrolidone (VP) 4.65

Этоксилированный диакрилатEthoxylated diacrylate

дифенилолпропана (бис-ГМА) 78,72diphenylolpropane (bis-GMA) 78.72

Диакрилат гександиола (ДАГД) 13,96.Hexanediol diacrylate (DAGD) 13.96.

Полученную композицию на предметном стекле или в условиях, моделирующих метод лазерной стереолитографии, облучали светом λ =530 нм и получали твердый полимер. Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2.The resulting composition on a glass slide or under conditions simulating the method of laser stereolithography was irradiated with light λ = 530 nm and a solid polymer was obtained. The test results are shown in tables 1 and 2.

Пример 2. Композицию готовили, как в примере 1, но без добавления ПММА, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:Example 2. The composition was prepared as in example 1, but without the addition of PMMA, in the following ratio of components, wt. hours:

ПММА 0PMMA 0

БР 0,2BR 0.2

ДМЭА 2,0DMEA 2.0

ВП 4,34VP 4.34

Бис-ГМА 79,5Bis-GMA 79.5

ДАГД 13,96.DAGD 13.96.

Пример 3. Композицию готовили, как в примере 1, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:Example 3. The composition was prepared, as in example 1, in the following ratio of components, wt. hours:

ПММА 0,1PMMA 0.1

БР 0,21BR 0.21

ДМЭА 1,86DMEA 1.86

ВП 4,66VP 4.66

Бис-ГМА 79,21Bis-GMA 79.21

ДАГД 13,96.DAGD 13.96.

Пример 4. Композицию готовили, как в примере 1, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:Example 4. The composition was prepared, as in example 1, in the following ratio of components, wt. hours:

ПММА 1,0PMMA 1.0

БР 0,23BR 0.23

ДМЭА 1,82DMEA 1.82

ВП 4,69VP 4.69

Бис-ГМА 77,8Bis-GMA 77.8

ДАГД 13,96.DAGD 13.96.

Пример 5. Композицию готовили, как в примере 1, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:Example 5. The composition was prepared, as in example 1, in the following ratio of components, wt. hours:

ПММА 0,8PMMA 0.8

БР 0,2BR 0.2

ДМЭА 2,0DMEA 2.0

ВП 5,22VP 5.22

Бис-ГМА 77,82Bis-GMA 77.82

ДАГД 13,96.DAGD 13.96.

Пример 6. Композицию готовили, как в примере 1, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:Example 6. The composition was prepared, as in example 1, in the following ratio of components, wt. hours:

ПММА 0,3PMMA 0.3

БР 0,2BR 0.2

ДМЭА 2,0DMEA 2.0

ВП 3,0VP 3.0

Бис-ГМА 47,1Bis-GMA 47.1

Триакрилат триметилолпропанаTrimethylolpropane triacrylate

(ТАТМП) 47,4.(TATMP) 47.4.

Пример 7. Композицию готовили, как в примере 1, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:Example 7. The composition was prepared, as in example 1, in the following ratio of components, wt. hours:

ПММА 0,5PMMA 0.5

БР 0,2BR 0.2

ДМЭА 2,0DMEA 2.0

ВП 3,0VP 3.0

Бис-ГМА 69,5Bis-GMA 69.5

ТАТМП 24,8.TATMP 24.8.

Пример 8. Композицию готовили, как в примере 1, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:Example 8. The composition was prepared, as in example 1, in the following ratio of components, wt. hours:

ПММА 0,4PMMA 0.4

БР 0,2BR 0.2

ДМЭА 2,0DMEA 2.0

ВП 3,0VP 3.0

Бис-ГМА 62,6Bis-GMA 62.6

ДАГД 31,8.DAGD 31.8.

Пример 9. Композицию готовили, как в примере 1, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:Example 9. The composition was prepared, as in example 1, in the following ratio of components, wt. hours:

ПММА 0,5PMMA 0.5

БР 0,05BR 0.05

ДМЭА 2,0DMEA 2.0

ВП 3,0VP 3.0

Олигоэфиракрилат МДФ-2 93,45.Oligoester acrylate MDF-2 93.45.

Пример 10. Композицию готовили, как в примере 9, но без добавления ПММА, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:Example 10. The composition was prepared as in example 9, but without the addition of PMMA, in the following ratio, wt. hours:

ПММА 0PMMA 0

БР 0,05BR 0.05

ДМЭА 2,0DMEA 2.0

ВП 3,0VP 3.0

Олигоэфиракрилат МДФ-2 93,95Oligoester acrylate MDF-2 93.95

Пример 11. Композиция состоит из 98,00 мас.ч. олигоэфиракрилата МДФ-2 и 2,00 мас.ч. УФ-фотоинициатора “Дуракур-4265”.Example 11. The composition consists of 98.00 parts by weight of MDF-2 oligoester acrylate and 2.00 parts by weight UV photoinitiator “Durakur-4265”.

Таблица 1.Table 1. Скорости фотополимеризации предлагаемых композиций и контрольных образцовThe photopolymerization rate of the proposed compositions and control samples № примераExample No. Инициирующая система, мас.ч.Initiating system, parts by weight Добавка ПММА, мас.ч.PMMA additive, parts by weight Vp моль/л сV p mol / l s Предварительные испытанияPreliminary tests ВПVP ДМЭАDMEA БРBR 11 4.654.65 2,052.05 0,220.22 0,40.4 8.88.8 Нормальная плотная эластичная пленкаNormal dense stretch film 22 4,344.34 2,02.0 0,20.2 00 3,63.6 Очень мягкая пленкаVery soft film 33 4,664.66 1,861.86 0,210.21 0,10.1 4,554,55 Эластичная пленкаStretch film 44 4,694.69 1,821.82 0,230.23 1,01,0 7,627.62 Толстая неровная пленкаThick uneven film 55 5,225.22 2,02.0 0,20.2 0,80.8 -- Нормальная плотная пленкаNormal Thick Film 66 3,03.0 2,02.0 0,20.2 0,30.3 5,675.67 -- 77 3,03.0 2,02.0 0,20.2 0,50.5 7,197.19 Эластичная пленкаStretch film 88 3,03.0 2,02.0 0,20.2 0,40.4 6,886.88 Нормальная плотная пленкаNormal Thick Film 9nine 3,03.0 2,02.0 0,050.05 0,50.5 3,23.2 Очень мягкая пленкаVery soft film 1010 3,03.0 2,02.0 0.050.05 00 1,461.46 Некачественная пленкаPoor quality film 11eleven УФ-инициатор “Дуракур 4265”UV initiator “Durakur 4265” 00 10,210,2 Нормальная плотная пленкаNormal Thick Film

Таблица 2.Table 2. Энергетические параметры фотополимеризации композиций в условиях, моделирующих метод лазерной стереолитографии (λ =530 нм)Energy parameters of photopolymerization of compositions under conditions simulating laser stereolithography (λ = 530 nm) ПримерExample Критическая экспозиция,
мДж см-2
Critical exposure,
MJ cm -2
Эффективная глубина проникновения,
мм
Effective penetration depth,
mm
Минимальная толщина слоя, мкмMinimum layer thickness, microns
11 23.923.9 0,0940,094 1616 22 не полимеризуетсяnot polymerized 44 227,9227.9 0,7130.713 28002800 66 29,929.9 0,0230,023 13thirteen 88 74,274,2 0,10.1 4848

Как следует из приведенных в таблицах данных, введение небольших добавок ПММА позволяет достичь скорости фотополимеризации, сопоставимые с известньми для типичных композиций при УФ-инициировании, например олигоэфиракрилат МДФ-2 при УФ-облучении (пример 11) и предлагаемая композиция по примеру 1 при облучении с λ =530 нм полимеризуются с примерно равной скоростью, при этом МДФ-2 успешно перерабатывается на установках УФ-лазерной стереолитографии. Использование в предлагаемой композиции в качестве акриловых олигомеров диакрилата гександиола или триакрилата триметилолпропана в заявленных количествах (от 13,96 до 47,40 мас.ч.) приводит к достижению одного и того же технического результата. В отсутствие ПММА даже наиболее фотоактивная композиция по примеру 1 полимеризуется в ~4 раза медленнее, что исключает ее использование в лазерной стереолитографии. Насколько различные требования к фотоактивности композиции предъявляются при инициировании видимым и УФ-светом иллюстрируют примеры 10 и 11, различие в скоростях фотополимеризации достигает 8-10 раз.As follows from the data in the tables, the introduction of small PMMA additives allows one to achieve photopolymerization rates comparable with lime for typical UV-initiated compositions, for example MDF-2 oligoester acrylate under UV irradiation (Example 11) and the proposed composition according to Example 1 when irradiated with λ = 530 nm polymerize at approximately the same rate, while MDF-2 is successfully processed using UV laser stereolithography. The use in the proposed composition as acrylic oligomers of hexanediol diacrylate or trimethylolpropane triacrylate in the declared amounts (from 13.96 to 47.40 parts by weight) leads to the achievement of the same technical result. In the absence of PMMA, even the most photoactive composition according to Example 1 polymerizes ~ 4 times slower, which excludes its use in laser stereolithography. As far as different requirements for the photoactivity of the composition are presented upon initiation by visible and UV light, examples 10 and 11 illustrate, the difference in the photopolymerization rates reaches 8-10 times.

Приведенный выше анализ подтверждается данными по получению образцов в условиях, моделирующих метод лазерной стереолитографии (таблица 2). Композиции по примерам 1, 6 и 8 показывают вполне приемлемые для данного метода энергетические характеристики, в то время как в отсутствие ПММА даже лучшая композиция не дает твердого полимера, а при высоком содержании ПММА неприемлемо медленно образуется толстый слой полимера.The above analysis is confirmed by data on the preparation of samples under conditions simulating the method of laser stereolithography (table 2). The compositions according to examples 1, 6 and 8 show quite acceptable energy characteristics for this method, while in the absence of PMMA even the best composition does not give a solid polymer, and with a high content of PMMA a thick polymer layer is unacceptably slowly formed.

Таким образом, предложенная композиция обладает достаточной фоточувствительностью для изготовления трехмерных изделий произвольной формы в условиях лазерной 3D-стереолитографии с использованием экономичных и малогабаритных лазеров с λ =530 нм.Thus, the proposed composition has sufficient photosensitivity for the manufacture of three-dimensional products of arbitrary shape in 3D laser stereolithography using economical and small-sized lasers with λ = 530 nm.

Claims (1)

Фотополимеризующаяся композиция для литографии с использованием света видимого диапазона, включающая акриловые олигомеры и инициирующую систему, отличающаяся тем, что в качестве акриловых олигомеров она содержит диакрилат гександиола или триакрилат триметилолпропана и этоксилированный диакрилат дифенилолпропана, в качестве инициирующей системы – смесь Бенгальской розы с диметилэтаноламином в 1-винил-2-пирролидоне, дополнительно композиция содержит полиметилметакрилат при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:A photopolymerizable lithography composition using visible light lithography, including acrylic oligomers and an initiating system, characterized in that it contains hexanediol diacrylate or trimethylolpropane triacrylate and ethoxylated diphenylolpropane diacrylate as an initiating system - a mixture of Bengal roseol vinyl-2-pyrrolidone, the composition further comprises polymethyl methacrylate in the following ratio, wt. hours: ПолиметилметакрилатPolymethyl methacrylate 0,1-0,80.1-0.8 Бенгальская розаBengal rose 0,20-0,220.20-0.22 ДиметилэтаноламинDimethylethanolamine 1,82-2,051.82-2.05 1-Винил-2-пирролидон1-vinyl-2-pyrrolidone 3,00-5,223.00-5.22 Этоксилированный диакрилатEthoxylated diacrylate дифенилолпропанаdiphenylolpropane 47,1-79,2147.1-79.21 Диакрилат гександиола илиHexanediol diacrylate or триакрилат триметилолпропанаtrimethylolpropane triacrylate 13,96-47,413.96-47.4
RU2002133063/04A 2002-12-10 2002-12-10 Photopolymerizable composition for visible-region laser stereolithography RU2244335C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002133063/04A RU2244335C2 (en) 2002-12-10 2002-12-10 Photopolymerizable composition for visible-region laser stereolithography

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002133063/04A RU2244335C2 (en) 2002-12-10 2002-12-10 Photopolymerizable composition for visible-region laser stereolithography

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002133063A RU2002133063A (en) 2004-06-10
RU2244335C2 true RU2244335C2 (en) 2005-01-10

Family

ID=34880815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002133063/04A RU2244335C2 (en) 2002-12-10 2002-12-10 Photopolymerizable composition for visible-region laser stereolithography

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2244335C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2685211C2 (en) * 2017-10-10 2019-04-16 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" Liquid photopolymerizable composition for laser stereolithography
RU2715224C1 (en) * 2016-06-30 2020-02-26 3М Инновейтив Пропертиз Компани Printable compositions which include high-viscosity components and methods of making 3d articles from said compositions

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715224C1 (en) * 2016-06-30 2020-02-26 3М Инновейтив Пропертиз Компани Printable compositions which include high-viscosity components and methods of making 3d articles from said compositions
US11650498B2 (en) 2016-06-30 2023-05-16 3M Innovative Properties Company Printable compositions including highly viscous components and methods of creating 3D articles therefrom
RU2685211C2 (en) * 2017-10-10 2019-04-16 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" Liquid photopolymerizable composition for laser stereolithography

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lee et al. Rapid high‐resolution 3D printing and surface functionalization via type I photoinitiated RAFT polymerization
Blasco et al. Photochemically driven polymeric network formation: synthesis and applications
US5645973A (en) Process for adjusting the sensitivity to radiation of photopolymerizable compositions
KR0163588B1 (en) Photoresist mixture and use thereof
CN111164108A (en) Photopolymerizable composition, material obtained by polymerizing the composition, and 3D printing method using the composition
US20160202606A1 (en) Core-shell nanoparticles, methods of making same, and uses of same
US6900250B2 (en) Polymerizable composition
US11851511B2 (en) Polymerization photoinhibitor
WO1997009168A1 (en) Process for producing polymeric layers having selectively coloured regions
CN1468390A (en) Photoinitiated reactions
FR2572813A1 (en) PROCESS FOR PREPARING POLYMERIC LIQUID COATINGS HAVING MULTIPLE OPTICAL ANSWERS AND COATINGS THUS OBTAINED
Dreyer et al. Application of LEDs for UV-curing
JP2023520027A (en) Systems and methods for high-throughput volumetric 3D printing
Fimia et al. Elimination of oxygen inhibition in photopolymer systems used as holographic recording materials
RU2244335C2 (en) Photopolymerizable composition for visible-region laser stereolithography
Decker Laser-induced polymerisation of multifunctional acrylate systems
DE60312191T2 (en) COMPOSITION FOR HOLOGRAM RECORDING; Curing method therefor and hardened object
CH542888A (en) Radiation-curable compositions
JPH05249669A (en) Photosensitive composition
RU2458953C1 (en) Photopolymeric acrylic oligomer-oligomer composition, wear-resistant coating on organic glass for glasing elements of buildings, structures and vehicles based thereon and method of producing wear-resistant coating
JPH07238106A (en) Photocurable composition for forming three-dimensional molding and method of accelerating photocuring
JP2015512061A (en) Multiphoton curing method using negative contrast composition
Bongiovanni et al. Vat Photopolymerization
JP2017218499A (en) Manufacturing method of colloidal crystal membrane
RU2541521C2 (en) Liquid composition for photopolymerisation-able film for hologram recording, method of composition obtaining, method of obtaining said film

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20071211