CN104479343A - 3d打印用聚氨酯材料及其制备方法 - Google Patents

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耿佃勇
马炎
董伟
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Abstract

本发明涉及一种3D打印用聚氨酯材料，属于高分子领域；所述聚氨酯材料由以下重量份的原料制成：聚醚多元醇25-80份，催化剂1-4.5份，多异氰酸酯2-10份；本发明还同时提供所述3D打印用聚氨酯材料的制备方法。本发明所述聚氨酯材料解决了固体耗材易堵头、加装不方便、造价高、后期需染色、性能不稳定等问题；本发明提供的制备方法工艺简单、操作方便。

Description

3D打印用聚氨酯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯材料，尤其涉及一种3D打印用聚氨酯材料，属于高分子领域。
背景技术
日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似，这项打印技术称为3D立体打印技术。
3D打印存在着许多不同的技术，其不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金等材料，现有材料常常具有造价昂贵，质量稳定性差，打印效果不稳定的局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D打印用聚氨酯材料，所述聚氨酯材料基本解决了固体耗材易堵头、加装不方便、造价高、后期需染色、性能不稳定的问题，打印的产品具有造价相对较低、迅速固化、易于推广的优点；本发明还提供了所述3D打印用聚氨酯材料的制备方法，该制备方法工艺简单、操作方便。
本发明所述3D打印用聚氨酯材料，由以下重量份的原料制成：
聚醚多元醇25-80份，催化剂1-4.5份，多异氰酸酯2-10份；
聚醚多元醇和多异腈酸酯的质量比优选8-12:1；
所述聚醚多元醇采用官能度为2-3，分子量为1800-3000的聚醚多元醇；优选淄博德信联邦化学工业有限公司生产的聚醚多元醇DDL-2000D或DDL-3000D；用该类聚醚多元醇制备的产品硬度适中，手感较好。
所述催化剂选取A-1，该催化剂可加快熟化速度。
所述多异氰酸酯优选甲苯二异氰酸酯(TDI)或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。
所述3D打印用聚氨酯材料的制备方法为：
将聚醚多元醇升温至105-115℃，真空脱水1-3小时，降温至23-27℃，加入多异氰酸酯，升温至80-85℃，反应2-3小时得预聚体，降温至50℃以下，加入催化剂，搅拌20-30秒，密封，即合成制品。
合成的预聚体中，-NCO质量含量控制在0.1-0.3％；-NCO含量在此范围时，固化时间较短、方便打印。
本发明根据3D打印色泽的不同需求，原料中还可包括色浆3-8份；在制备3D打印用聚氨酯材料过程中，可在加入催化剂的同时加入色浆。
本发明提供的一种3D打印用聚氨酯材料，打破了传统3D打印材料制作工艺复杂的缺点，聚氨酯材料相对于其他传统3D打印材料有着更为成熟的熟化技术经验，聚氨酯材料由液态经交联反应成固态且反应前后外形无明显变化的特性决定了3D打印用聚氨酯材料非常适合3D打印。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明制备的产品其原料主要是聚醚多元醇和多异氰酸酯，两种材料都有着技术条件成熟，价格相对低廉的特点，且对3D打印用聚氨酯材料合成的稳定性有很大帮助，3D打印用聚氨酯材料借鉴弹性体成熟的制作条件及可靠的稳定性将突破3D打印的材料瓶颈。
(2)所述聚氨酯材料基本解决了固体耗材易堵头、加装不方便、造价高、后期需染色、性能不稳定的缺点。
(3)本发明可根据不同的应用条件，通过选用不同分子量聚醚多元醇来调节打印成品的软硬程度，应用灵活，方便；且打印的产品具有造价相对较低、迅速固化、易于推广的优点。
(4)本发明还提供其制备方法，制备方法工艺简单、操作方便。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细的阐述。
实施例1
所述3D打印用聚氨酯材料，由以下重量份的原料制成：
聚醚多元醇：40份，催化剂(A-1)：2份，甲苯二异氰酸酯(TDI)：3.3份；其中聚醚多元醇采用官能度为2，分子量为2500的聚醚多元醇。
所述3D打印用聚氨酯材料的制备方法为：
将聚醚多元醇升温至110℃，真空脱水2小时，降温至25℃加入TDI，升温至85℃，反应2小时得预聚体，降温至42℃，加入A-1，搅拌20秒，密封，即合成制品。
合成的预聚体中，-NCO质量含量为0.1％。
所得产品的相关参数指标见表1：
表1实施例1产品参数表
指标 粘度 固化时间 开封结皮时间 硬度
单位 mPa.s/25℃ 秒 秒 Shore A(固化24h后)
数值 7500 118 300 60
实施例2
所述3D打印用聚氨酯材料，由以下重量份的原料制成：
聚醚多元醇DDL-2000D：60份，催化剂(A-1)：3.8份，二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)：5.9份，色浆：4份。
所述3D打印用聚氨酯材料的制备方法为：
将聚醚多元醇DDL-2000D升温至105.0℃，真空脱水2.5小时，降温至25℃，加入MDI，升温至82℃，反应2.5小时得预聚体，降温至42℃，加入A-1、色浆，搅拌20秒，密封，即合成制品。
合成的预聚体中，-NCO质量含量为0.2％。
所得产品的相关参数指标见表2：
表2实施例2产品参数表
指标 粘度 固化时间 开封结皮时间 硬度
单位 mPa.s/25℃ 秒 秒 Shore A(固化24h后)
数值 7500 90 270 60
实施例3
所述3D打印用聚氨酯材料，由以下重量份的原料制成：
聚醚多元醇DDL-3000D：76份，催化剂(A-1)：4.2份，甲苯二异氰酸酯(TDI)：9份，色浆：6份。
所述3D打印用聚氨酯材料的制备方法为：
将聚醚多元醇DDL-3000D升温至115.0℃，真空脱水1.5小时，降温至25℃，加入TDI，升温至80℃，反应3小时得预聚体，降温至35℃，加入A-1、色浆，搅拌20秒，密封，即合成制品。
合成的预聚体中，-NCO质量含量为0.3％。
所得产品的相关参数指标见表3：
表3实施例3产品参数表
指标 粘度 固化时间 开封结皮时间 硬度
单位 mPa.s/25℃ 秒 秒 Shore A(固化24h后)
数值 8300 101 260 76

Claims (10)

1.一种3D打印用聚氨酯材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
聚醚多元醇：25-80份
催化剂：1-4.5份
多异氰酸酯：2-10份。
2.根据权利要求1所述的3D打印用聚氨酯材料，其特征在于，聚醚多元醇和多异腈酸酯的质量比为8-12:1。
3.根据权利要求1或2所述的3D打印用聚氨酯材料，其特征在于，所述聚醚多元醇采用官能度为2-3，分子量为1800-3000的聚醚多元醇。
4.根据权利要求3所述的3D打印用聚氨酯材料，其特征在于，所述聚醚多元醇选取聚醚多元醇DDL-2000D或聚醚多元醇DDL-3000D。
5.根据权利要求1或2所述的3D打印用聚氨酯材料，其特征在于，所述催化剂选取A-1。
6.根据权利要求1或2所述的3D打印用聚氨酯材料，其特征在于，所述多异氰酸酯选取甲苯二异氰酸酯(TDI)或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。
7.根据权利要求1或2所述的3D打印用聚氨酯材料，其特征在于，原料中还包括色浆3-8份。
8.一种根据权利要求1-6任一所述3D打印用聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，将聚醚多元醇升温至105-115℃，真空脱水1-3小时，降温至23-27℃，加入多异氰酸酯，升温至80-85℃，反应2-3小时得预聚体，降温至50℃以下，加入催化剂，搅拌20-30秒，密封，即合成制品。
9.一种根据权利要求7所述3D打印用聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，将聚醚多元醇升温至105-115℃，真空脱水1-3小时，降温至23-27℃，加入多异氰酸酯，升温至80-85℃，反应2-3小时得预聚体，降温至50℃以下，加入催化剂、色浆，搅拌20-30秒，密封，即合成制品。
10.根据权利要求8或9所述3D打印用聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，合成的预聚体中-NCO质量含量控制在0.1-0.3％。
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