CN108384501B - 一种用于3d打印的反应型聚氨酯热熔材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料及制备方法，包括：聚酯多元醇，10－70份；聚醚多元醇，5－65份；聚己内酯，1‑80份；潜固化剂，0.1‑10份；异氰酸酯，5－30份。本发明用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料是由含有活性基团（羟基）的多元醇与异氰酸酯基团（NCO）共聚制备，聚合物链末端含有活性基团NCO，而NCO会与空气中或者被粘物中的水分发生不可逆的交联反应，从而最终获得高的粘接强度。

Description

一种用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种打印材料，具体是一种用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料及制备方法。
背景技术
3D打印（3D printing），即快速成型技术的一种，也称为增材制造技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。
3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。目前国内3D打印材料生产成本较高，且还存在强度、韧性不够好的缺点，因此，市场上亟需一种生产成本低、强度高、韧性高的3D打印材料。
PUR(Polyurethane Reactive)，中文全称为湿气固化反应型聚氨酯热熔胶。主要成分是端异氰酸酯聚氨酯预聚体，PUR的粘接性和韧性(弹性)可调节，并有着优异的粘接强度，耐温性，耐化学腐蚀性和耐老化性。近年来已成为胶粘剂产业的重要品种之一。现广泛应用于包装，木材加工，汽车，纺织，机电，航空航天等国民经济领域。
发明内容
本发明提供了一种用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料及制备方法。
本发明提供的技术方案为：一种用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料，其特征在于：按质量份数计，包括：聚酯多元醇，10－70份；聚醚多元醇，5－65份；聚己内酯，1-80份；潜固化剂，0.1-10份；异氰酸酯，5－30份。本发明用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料是由含有活性基团（羟基）的多元醇与异氰酸酯基团（NCO）共聚制备，聚合物链末端含有活性基团NCO，而NCO会与空气中或者被粘物中的水分发生不可逆的交联反应，从而最终获得高的粘接强度。
本发明所述聚酯多元醇为己二酸-1,6-己二醇酯（PHA），己二酸-1,4-丁二醇酯（PBA），己二酸一缩二乙二醇酯，癸二酸-1,4-丁二醇酯，癸二酸-1,6-己二醇酯，邻苯二甲酸-1,4-丁二醇酯中的一种或者几种。这类聚酯多元醇具有快速结晶速率，其具有快速定位的作用。
本发明所述聚醚多元醇是聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃氧化丙烯共聚二醇中的一种或几种。这类聚醚多元醇具有降低体系的黏度，是的操作更加方便作用。
本发明所述聚己内酯的分子量为500-1000000。
本发明所述聚己内酯的分子量为2000-100000。
本发明所述潜固化剂为恶唑烷和亚胺中的一种或几种。
本发明所述恶唑烷为3-羟乙基-1、3-噁唑烷、2-异丙基-3-羟乙基-1、3-噁唑烷、2-苯基-3-羟乙基-1、3-噁唑烷中的一种或多种，亚胺为二苯甲胺酮亚胺和水杨醛亚胺中的一种或多种。恶唑烷可以先于NCO基团和水分子反应，使的产品可厚涂，不起泡、固化速度快、贮存稳定性好。
本发明所述异氰酸酯为脂环族的二异氰酸酯和芳香族的二异氰酸酯中的一种或几种。
本发明所述脂环族的二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），芳香族的二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）和甲苯二异氰酸酯（TDI）中的一种或几种。异氰酸酯与聚酯和聚醚多元醇的OH基团反应，从而反应成大分子高聚物。
一种用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：按质量份数计，将10－70份的聚酯多元醇、5－65份的聚醚多元醇和1-80份的聚己内酯加热80-120℃搅拌分散0.5-10h，并伴随抽真空，当水分小于200ppm时，加入5－30份的异氰酸酯，搅拌反应1－5h，并抽真空，当NCO达到理论值时，在通入氮气保护条件下倒出产物，密封包装，得到用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料。
相比现有技术，本发明具有如下优点：快速定型，可以打印各种复杂部件；最终产品优异的耐高温性：160℃下无软化流淌；最终产品优异的耐低温性：－40℃下无开裂；最终产品力学性能优异：拉伸断裂强度大于20Mpa；最终产品硬度可调范围广：40A－90D；加工成型温度低，可以在小于120℃加工成型。同时不产生令人不愉快的气味；方法工艺简便易行，设备简单，易于规模化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1。
本实施例提供了用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料的制备方法，其具体步骤如下：按质量份数计，将40份的己二酸-1,4-丁二醇（PBA）、20份的聚丙二醇、 20份的聚己内酯（分子量20000）、3-羟乙基-1和3-噁唑烷置于反应釜中，3-羟乙基-1和3-噁唑烷总计2份，加热至120℃，在搅拌下真空脱水1小时，然后加入18份的异氰酸酯（MDI），搅拌下反应2h，并抽真空，当NCO达到理论值时，在通入氮气保护条件下倒出产物，密封包装，得到用于用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料。
实施例2。
本实施例提供了用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料的制备方法，其具体步骤如下：按质量份数计，将40份的癸二酸-1,6-己二醇酯、25份的聚丙二醇、12份的聚己内酯（分子量50000）、3份的水杨醛亚胺置于反应釜中，加热至110℃，在搅拌下真空脱水1小时，然后加入20份的IPDI，搅拌下反应2h，并抽真空，当NCO达到理论值时，在通入氮气保护条件下倒出产物，密封包装，得到用于用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料。
实施例3。
本实施例提供了用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料的制备方法，其具体步骤如下：按质量份数计，将30份的己二酸-1,4-丁二醇（PBA）、15份的聚四氢呋喃二醇、48份的聚己内酯（分子量200000）、2-苯基-3-羟乙基-1、3-噁唑烷置于反应釜中，2-苯基-3-羟乙基-1和3-噁唑烷总计2份，加热至120℃，在搅拌下真空脱水1小时，然后加入5份的MDI，搅拌下反应2h，并抽真空，当NCO达到理论值时，在通入氮气保护条件下倒出产物，密封包装，得到用于用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料。
实施例4。
本实施例提供了用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料的制备方法，其具体步骤如下：按质量份数计，将50份的己二酸-1,4-丁二醇（PBA）、10份的聚丙二醇、30份的聚己内酯（分子量8000）、5份的水杨醛亚胺置于反应釜中，加热至120℃，在搅拌下真空脱水1小时，然后加入15份的MDI，搅拌下反应2h，并抽真空，当NCO达到理论值时，在通入氮气保护条件下倒出产物，密封包装，得到用于用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料。
表1为实施例1－4与目前典型3D用ABS测试对比数据。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
从实施例1-4和ABS的对比可以看出，3D打印的反应型聚氨酯热熔材料的加工温度更低，形变温度高，耐高低温性优良，力学性能优异，并且没有异味。是性能优良的3D打印材料。
实施例1-4以聚酯二元醇、聚醚二元醇、异氰酸酯为反应原料，得到反应型聚氨酯热熔材料，获得的用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料具有高的高粘接强度，优异的导电性，施胶温度低，开放时间长，优异的耐高低温等性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的变动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料，其特征在于：按质量份数计，为：聚酯多元醇，40份；聚醚多元醇，20份；聚己内酯，20份；潜固化剂，2份；异氰酸酯，18份；
所述聚酯多元醇为己二酸-1,4-丁二醇酯；
所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇；
所述聚己内酯的分子量为20000；
所述潜固化剂为3-羟乙基-1, 3-噁唑烷；
所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
2.一种如权利要求1所述的用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料的制备方法，其特征在于：为如下步骤：按质量份数计，将40份的聚酯多元醇、20份的聚醚多元醇和20份的聚己内酯以及2份的潜固化剂加热80-120℃搅拌分散0.5-10h，并伴随抽真空，当水分小于200ppm时，加入18份的异氰酸酯，搅拌反应1－5h，并抽真空，当NCO达到理论值时，在通入氮气保护条件下倒出产物，密封包装，得到用于3D打印的反应型聚氨酯热熔材料。
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