CN107090060A - 一种可双重固化改性丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可双重固化改性丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物及其制备方法和应用,所述改性丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物的结构式如下:
Description
技术领域
本发明涉及聚合物材料领域,具体涉及一种可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及其制备方法和应用。
背景技术
3D打印是指广义的增材制造技术,其为当前科技领域的研究热点。3D打印技术已在工业设计手板、铸造消失模具、牙科义齿、医疗手术、建筑、医学生物、光学、电子、声学、工程、艺术造型等多个领域获得应用。
依照打印方式3D打印技术包括FDM、SLS、SLA、DLP、UV喷墨、3DP等多种工艺,比较常用的3D打印技术为熔融层积成型技术,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂作为一种 FDM 3D打印用材被使用的最为广泛。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂是一种没有毒害、没有气味的粉状或颗粒状材料,其为半透明或淡黄色。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物为同时具有橡胶分散相和基体树脂连续相的二相结构,其中丙烯腈提供耐化学性和抗冲击性,丁二烯提供韧性和抗冲击性,苯乙烯提供刚性和易加工性。目前用于3D打印的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂材料普遍存在强度低、韧性不足、流动性不好等缺点。中国专利201610381482.9公开了一种用于3D打印ABS的增强增韧剂和ABS复合材料,该专利中的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂未经任何改性,其熔点较高,成型温度在200~240℃。ABS树脂成型温度过高会造成其在打印过程中遇冷易收缩,容易从加热板上局部脱落、悬空,并且由于温差过大,打印过程中容易发生模型翘边、抽丝现象;因此ABS树脂在某些领域的应用受到了极大的限制。
光固化技术作为一种新兴的技术,具有节能、环保、生产效率高等显著优点,广泛应用于电子产品外壳、光学膜、触摸屏等领域起到对基材的保护作用。光固化技术在3D打印使用中具有成型精度高、固化速率快等特点,但是目前的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂由于其与光敏树脂的相容性较差无法直接应用于光固化3D打印技术中。
因此,亟需研究一种力学性能好、成型温度低、抗收缩、加工性能好,适用于多种3D打印方式的改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,本发明提供的可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物具有较低的玻璃化转变温度和熔点,适用于FDM 3D打印成型;并且其与光敏树脂具有很好的相容性,还具有抗收缩性强的优点,适用于UV光固化3D打印成型。
本发明的另一目的在于提供上述可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物在3D 打印中的应用。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,所述改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的结构式如下:
其中x,y,z=1~250;n=1~200,R为烷基;所述改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的分子量为1000~50000。
本发明对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂的化学结构进行改性,在聚合物的主链骨架结构引入支链结构,降低了树脂的玻璃化转变温度和熔点,提高了树脂的抗收缩性能,同时改善了树脂的流动性和力学性能。本发明提供的改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂可以实现熔融固化及UV光固化双重固化,适用于FDM 3D打印及UV 3D打印中。
作为一种优选地技术方案,x,y,z=5~200;n=10~180,R为碳原子数为1~3的烷基;所述改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的分子量为1500~20000。
作为一种更为优选地技术方案,x,y,z=10~100;n=100~150,R为碳原子数为1~3 的烷基;所述改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的分子量为2000~10000。
本发明还提供了上述改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的制备方法,所述改性丙烯腈 -丁二烯-苯乙烯共聚物由如下质量份数的组分组成:
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂25~60份、巯基化合物10~35份、甲基丙烯酸缩水甘油醚15~ 55份、抗氧剂0.1~1.0份、催化剂0.1~1份;
其中,所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂中丁二烯的含量为5~50%。
所述方法为:将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、巯基化合物和抗氧剂加热至100~175℃反应1~24h,降温至100~130℃并加入催化剂和甲基丙烯酸缩水甘油醚反应1~24h即得改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
本发明中的化学反应过程如下:
优选地,所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂中丁二烯的含量为15~30%。
优选地,所述巯基化合物为巯基丙酸或巯基乙酸。
优选地,所述催化剂为四丁基溴化铵和/或三苯基膦。
上述可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物在3D打印中的应用也在本发明的保护范围之内。
优选地,所述3D打印为FDM 3D打印或UV 3D打印。
优选地,所述抗氧剂为Irganox 1010、Irganox 1076、Irganox 168亚磷酸二苯酯、亚磷酸三苯酯中的一种或几种。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明提供的可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物具有较低的玻璃化转变温度和熔点,这降低了树脂在使用时的操作温度,将其应用在FDM 3D打印中具有成型温度低的优点。本发明提供的改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物与UV树脂具有较好的相容性,可以有效的增强光固化3D打印成型的强度,同时降低成型产品的收缩。本发明提供的改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物适用于3D打印技术中,尤其适用于FDM 3D打印和光固化3D打印。
本发明改性后的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物具有较好的力学性能、流动性、抗收缩性和加工性能,将其用于3D打印中能够提高材料的成型精度,减少甚至避免拉丝、翘边等现象。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步的说明,所举实例只用于解释本发明,但本发明要求保护的范围不局限于实例所表述的范围。
实施例1 改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂1的制备
将36.0g丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(丁二烯20%wt),25.0g巯基乙酸,0.5g抗氧剂1010加热至160.0℃反应8.0小时,降温至120℃加入0.5g催化剂三苯基膦及38.0g甲基丙烯酸缩水甘油醚反应6.0小时,出料得改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂1。
实施例2 改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂2的制备
将31.0g丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(丁二烯25%wt),26.0g巯基乙酸,0.5g抗氧剂1010加热至160.0℃反应12.0小时,降温至120℃加入0.5g催化剂三苯基膦及41.0g甲基丙烯酸缩水甘油醚反应8.0小时,出料得改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂2。
实施例3 改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂3的制备
将27.0g丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(丁二烯30%wt),28.0g巯基乙酸,0.5g抗氧剂1010加热至160℃反应12.0小时,降温至120℃加入0.5g催化剂三苯基膦及43.0g甲基丙烯酸缩水甘油醚反应8.0小时,出料得改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂3。
实施例4 改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂4的制备
将44.0g丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(丁二烯18%wt),21.0g巯基乙酸,0.5g抗氧剂1010加热至160℃反应12小时,降温至120℃加入0.5g催化剂三苯基膦及33.0g甲基丙烯酸缩水甘油醚反应8.0小时,出料得改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂4。
实施例5 改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂5的制备
将41.0g丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(丁二烯20%wt),22.0g巯基乙酸,0.5g抗氧剂1010加热至160℃反应12小时,降温至120℃加入0.5g催化剂三苯基膦及35.0g甲基丙烯酸缩水甘油醚反应8小时,出料得改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂5。
对实施例1~5改性得到的树脂进行性能测试,测试方法如下,测试结果见下表1。
(1)玻璃化转变温度及熔点由DSC测试方法,设备Q2测试所得;
(2)粘度由旋转粘度计按GB/T 22235-2008进行测试。
表1 实施例1~5的改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂的性能测试
由上表1可知,改性后的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂的玻璃化转变温度为70~80℃,熔点为130~135℃,粘度为68000~85000;相比之下,同等条件下未经改性的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂的玻璃化转变温度为90℃,熔点为180℃,而在150℃条件下未经改性的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂的粘度过大,无法检测。这表明,本发明改性后的玻璃化转变温度、熔点和粘度均得到了显著的降低。
应用试验例一 UV光固化3D打印成型
将实施例1~5改性得到的树脂用于UV光固化3D,3D打印成型配方如下,性能测试数据见下表2。
实施例1~5得到的改性ABS树脂10%、TMPTA 30%、光引发剂TPO 5%、HEA 55%,将各组分混合均匀后,使用UV-XF 3D打印机进行打印。
对经上述3D打印成型后的产品进行性能测试,并以未添加改性ABS树脂的配方作为对照例1,对照例1中TMPTA的用量为40%,其它组分与含量与其它各试验例相同;测试方法如下,测试结果见下表2。
(1)弯曲强度
按GB/T 9341-2008的方法进行测试;
(2)收缩率
在本实施例中,收缩率为计算成型产品体积与理论体积的差值与理论体积的比值。
表2试验例1~5及对照例1的光固化3D打印成型产品的性能测试
试验例1 | 试验例2 | 试验例3 | 试验例4 | 试验例5 | 对照例1 | |
弯曲强度MPa | 50.0 | 55.0 | 57.0 | 60.0 | 55.0 | 30.0 |
收缩率% | 3.0 | 3.5 | 3.2 | 3.0 | 3.3 | 5.0 |
应用试验例二 FDM 3D打印成型
将实施例1~5改性得到的树脂用于FDM 3D打印,3D打印成型产品的性能测试数据见下表3。
对经上述3D打印成型后的产品进行性能测试,并以现有未经改性的ABS树脂替代改性ABS树脂作为对照例2;测试方法如下,测试结果见下表3。
(1)弯曲强度
按GB/T 9341-2008的方法进行测试。
表3 试验例6~10及对照例2的FDM 3D打印成型产品的性能测试
Claims (9)
1.一种可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,其特征在于,所述改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的结构式如下:
其中x,y,z=1~250;n=1~200,R为烷基;所述改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的分子量为1000~50000。
2.根据权利要求1所述可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,其特征在于,其中x,y,z=5~200;n=10~180,R为碳原子数为1~3的烷基;所述改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的分子量为1500~20000。
3.根据权利要求2所述可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,其特征在于,其中x,y,z=10~100;n=100~150,R为碳原子数为1~3的烷基;所述改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的分子量为2000~10000。
4.根据权利要求1~3任一所述可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的制备方法,其特征在于,所述改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物由如下质量份数的组分组成:
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂25~60份、巯基化合物10~35份、甲基丙烯酸缩水甘油醚15~55份、抗氧剂0.1~1.0份、催化剂0.1~1份;
其中,所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂中丁二烯的含量为5~50%;
所述方法为:将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、巯基化合物和抗氧剂加热至110~175℃反应1~24h,降温至110~130℃并加入催化剂和甲基丙烯酸缩水甘油醚反应1~24h即得改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
5.根据权利要求4所述制备方法,其特征在于,所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂中丁二烯的含量为15~30%。
6.根据权利要求4所述制备方法,其特征在于,所述巯基化合物为巯基丙酸或巯基乙酸。
7.根据权利要求4所述可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,其特征在于,所述催化剂为四丁基溴化铵和/或三苯基膦。
8.权利要求1~3任一所述可双重固化改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物在3D打印中的应用。
9.根据权利要求8所述应用,其特征在于,所述3D打印为FDM 3D打印或UV 3D打印。
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