CN108641489A - 一种3d打印笔用布色均匀型耗材 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印笔用布色均匀型耗材，其原料由以下材料组成：齐聚物、光引发剂、助引发剂、表面活性剂、悬浮剂、光扩散粉、色膏/色粉。其材料按照重量百分比包括：齐聚物60%～88%、光引发剂1%～12%、助引发剂1%～6%、表面活性剂1%～6%、抗粘剂1%～3%悬浮剂0.1%～3%、光扩散粉0.5%～2%、色膏/色粉余量。该3D打印笔用不黏手耗材成本是传统10%，固化温升要求45℃以内，固化时间在8s以内，过快的固化速度容易造成色彩分布不均，悬浮剂的加入,防止了色膏/色粉在材料制备和固化过程中的沉降造成的色彩分布不均匀，使色彩及整体体系均匀，悬浮性能增加，色膏/色粉不沉淀，使整个体系物化性质一样，色彩分布均匀。

Description

一种3D打印笔用布色均匀型耗材

技术领域

本发明属于3D 打印机领域，尤其涉及一种3D打印笔用布色均匀型耗材。

背景技术

3D打印笔技术是一种革命性的工业成型技术，相对于传统绘画而言，更加生动形象，增加儿童动手能力。原材料经过3D 打印机便能直接成型，它是一种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，不需经过模具的制造，节省了模具制造的时间及成本，随着3D 打印技术的迅速发展，其对材料的要求也迅速提高。目前我公司研发了一种固化温度低（在45℃以内）、不需带电操作，固化速度快，在8s内就能固化的3D打印笔耗材，但是过快的固化速度容易造成色膏/色粉发生沉降，也会造成产品固化后整体体系物化性质产生差异，色彩分布不均匀。

综上所述，如何发明一种在固化速度非常快的情况下，色彩分布依然均匀的3D打印笔用耗材是亟待解决的问题。

发明内容：

本发明提出了一种3D打印笔用布色均匀型耗材，通过合理化配方，得到产品在固化速度非常快的情况下，色彩分布依然均匀的性能优异。

本发明提出的一种3D打印笔用布色均匀型耗材，其原料有以下材料组成：其材料按照重量百分比包括：齐聚物60%～88%、光引发剂1%～12%、助引发剂 1%～6%、表面活性剂1%～6%、抗粘剂1%～3%悬浮剂0.1%～3%、光扩散粉0.5%～2%、色膏/色粉余量。

齐聚物为聚氨酯丙烯酸树脂。

齐聚物是光固化树脂，它是光固化反应的基底，本材料采用的齐聚物同比市场价低20%,降低产品成本。

光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯。

光引发剂是引发齐聚物里面的双键断裂，形成自由基，固化树脂的采用使最终固化产品韧性大，不易折断。

助引发剂为4-二甲基氨基苯甲酸乙酯。

4-二甲基氨基苯甲酸乙酯的采用可以帮助光引发剂加速双键的断裂，加速固化速度，固化速度控制在20s内，同时，助引发剂的采用，有助于减少光引发剂的用量，由于光引发剂是本产品配料中最贵的产品，他的用量的减少使得本产品成本进一步降低30%。

表面活性剂为椰油酸甲基单乙醇酰胺。

椰油酸甲基单乙醇酰胺无毒、刺激性极低，具有良好的稳定性；与各类表面活性剂有良好的复配性，具有极好的协同增粘作用、良好的起泡性和稳泡性。即使在含油脂较高的体系中，亦有良好的增粘效果；具有赋脂作用，不伤皮肤；能防止低温下出现结晶析出以及高温下颜色加深现象；高低温粘度变化平稳，低温不“果冻”，受pH值变化体系粘度波动小；本品为液体状态，在水中易分散溶解，生产操作使用方便，无需加热亦能快速溶于表面活性剂体系中；

抗粘剂为棕榈酸乙基已酯；

抗粘剂的采用可以降低体系粘度，加大流动性，使得固化后的产品表面干爽不粘手。

棕榈酸乙基已酯本身就是一种低黏度油脂,低油腻感，表面清爽不黏腻；其有效含量高达90%，是替代双十八烷基二甲基氯化铵D1821的理想柔顺原料；配制时只需要加水，无需复配其他原料和助剂，简便、快捷，节约成本；优良的柔软清爽性能、杀菌性能和抗静电性能；相应的配伍性、抗泛黄性、分散性和再润湿性等；突出的生物降解性能，安全环保。

悬浮剂可以为硅酸镁锂和聚丙烯酰胺中的任意一种。

硅酸镁锂具有纳米微晶结构，在水中分散形成纳米无色透明触变性凝胶，透光率达99.5%以上，水化速度快，粘度瞬间上升，不会产生后增稠情况，白色粉末状态；无味、无毒、无刺激性；不溶与水、油和乙醇。浸水溶胀，在较低固含量下能形成高透明度、高粘度的胶体。

硅酸镁锂具有触变性。硅酸镁锂凝胶具有这种良好的在外力作用下悬浮体与凝胶体无限可逆转化的特性，同时也赋予凝胶体优良的展布性和成膜性。在低粘度下也具有传递屈服值的能力，因此分散相对稳定，即使在稀薄液体中也能进行均匀分布。在水体系中硅酸镁锂凝胶微粒实际上是被单层水分子隔开的多层单独的小片。微粒分离成单独小片的程度越高，胶体结构越坚固，粘度和屈服值（动切力）也越大，增稠效果也越明显。由于多数有机增稠剂不具屈服值，与有机增稠剂复合使用，使体系的粘度、屈服值和流动性得到有效的调节。

硅酸镁锂分散液的胶体结构，也为同体系中的其它细小颗粒提供了最佳的悬浮性，在本发明中做防沉剂使用，防止颗粒沉降结块，确保体系配料均匀，提高产品色膏/色粉遮盖率。其分散液高的屈服值使悬浮效率明显优于同等粘度的有机胶。

硅酸镁锂配伍性好带负电荷，与大多数阴离子表面活性剂及非离子型活性剂相容性好，与本发明中的非离子型表面活性剂椰油酸甲基单乙醇酰胺相容性好。

硅酸镁锂不刺激皮肤和眼睛,Pb、As、Hg、Cd等有毒元素含量远低于相关标准限量,具有很好的卫生安全性。硅酸镁锂产品为天然绿色化工产品，超细白色粉末，无毒、无味，重金属离子小于百万分之十，砷、汞低于百万分之一。

主要技术指标：

性能 参数

PH值（5%水溶液） 7—9.5

水溶物 <1%

酸溶物 <1%

分散粘度（5%固含量） 2000～4500cps

湿筛余量（+325目） <0.01%

水份（105℃） <15%

灼烧失量（600℃） <18%

重金属含量（以pb计） <10ppm

砷含量（以pb计） <2ppm

细菌总数（cfu/g） <1000

聚丙烯酰胺又称为多功能颜料悬浮剂。加入悬浮剂易于形成分散液和悬浮液，并且保持分散体系的相对稳定的功能。在本发明产品制备中，水溶性好，在冷水中也能完全溶解，简化了本发明的制备过程。

其分子中含有聚合物，分子量在1000~10 000。在本发明中使用可紧密牢固地结合在颜料粒子表面，达到高效率的覆盖，厚度约10μm，使可溶剂化部分有效地扩展到分散介质中，形成立体屏障作用，提供立体稳定势垒；吸附于固体颗粒的表面，使凝聚的固体颗粒表面易于湿润；高分子型的分散剂，在固体颗粒的表面形成吸附层,使固体颗粒表面的电荷增加，提高形成立体阻碍的颗粒间的反作用力；使固体粒子表面形成双分子层结构,外层分散剂极性端与水有较强亲合力,增加了固体粒子被水润湿的程度.固体颗粒之间因静电斥力而远离；使体系均匀，悬浮性能增加，不沉淀，使整个体系物化性质一样，使得固化后的产品色彩分布均匀，不会发生色块沉降。

技术指标：

外观:白色颗粒

固含量:≥88%

分子量:800-1200万

阳离子浓度:10-70 %

溶解时间:≤ 30分钟

优选的，其材料按照重量百分比，当悬浮剂为硅酸镁锂时，添加量为1%～2%，进一步优选的，添加量为1.2%；当悬浮剂为聚丙烯酰胺时，添加量为0.1%～0.3%，进一步优选的，添加量为0.15%。

光扩散粉是将吸收的紫外光进行折射，以便更好的固化。色膏色粉是让体系具有一定的颜色，从而可以吸引人们的注意力。

优选的，按重量百分比，2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯的加入量为8.5%～11.5%，优选为9～10.5%，更加优选为9.2～10.1%，更进一步优选为9.8%。

优选的，所述的一种3D打印笔用不黏手耗材中的2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯可以为2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、4-(苯硫基)苯基二苯基硫鎓六氟磷酸盐中的一种或多种组合来替换。

优选的，所述的一种3D打印笔用布色均匀型耗材，其特征在于，其原料按重量百分比包括：聚氨酯丙烯酸树脂80.23%、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯9.6%、4-二甲基氨基苯甲酸乙酯 2.5%、椰油酸甲基单乙醇酰胺 2.5%、硅酸镁锂1.5%、光扩散粉 1%、色膏/色粉余量。 本配方中的硅酸镁锂可以由重量百分比0.2%的聚丙烯酰胺替代。

本发明通过自主研发，不采用活性稀释剂，相对于传统固化技术而言，可以消除因组分挥发导致的污染、刺激等问题。

本发明光照波长在400nm以上，属于可见光光固化，避免了使用紫外线固化对人体皮肤眼睛的伤害。

本发明的优点在于：

（1）.本材料采用的硅酸镁锂为分散液的胶体结构，也为同体系中的其它细小颗粒提供了最佳的悬浮性，在本发明中做防沉剂使用，防止颗粒沉降结块，确保体系配料均匀，提高产品色膏/色粉遮盖率。其分散液高的屈服值使悬浮效率明显优于同等粘度的有机胶；硅酸镁锂配伍性好带负电荷，与大多数阴离子表面活性剂及非离子型活性剂相容性好，与本发明中的非离子型表面活性剂椰油酸甲基单乙醇酰胺相容性好。

（2）.聚丙烯酰胺又称为多功能颜料悬浮剂。加入悬浮剂易于形成分散液和悬浮液，并且保持分散体系的相对稳定的功能。在本发明产品制备中，水溶性好，在冷水中也能完全溶解，简化了本发明的制备过程。其分子中含有聚合物，分子量在1000~10 000。在本发明中使用可紧密牢固地结合在颜料粒子表面，达到高效率的覆盖，厚度约10μm，使可溶剂化部分有效地扩展到分散介质中，形成立体屏障作用，提供立体稳定势垒，使体系均匀，悬浮性能增加，不沉淀，使整个体系物化性质一样，使得固化后的产品色彩分布均匀，不会发生色块沉降。

（3）.本发明采用了硅酸镁锂或聚丙烯酰胺作为颜料悬浮剂使用，使本发明的色膏色粉能适应8s固化速度，快速固化情况下依然色彩分布均匀。且在每生产50公斤本3D打印笔用布色均匀型耗材的情况下，使用硅酸镁锂作为悬浮剂的成本为1.95元；使用聚丙烯酰胺作为悬浮剂的成本为0.85元。成本均十分低廉，具有显著的价格性能优势。

以下通过具体实施例进一步阐述本发明，但并不限于下述的实施例。

具体实施方式

实施例1

1、按以下配比配置3D打印笔用不粘手耗材原料：

聚氨酯丙烯酸树脂80.23%

2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯9.6%

4-二甲基氨基苯甲酸乙酯2.5%

椰油酸甲基单乙醇酰胺2.5%

棕榈酸乙基已酯1.2%

硅酸镁锂1.5%

光扩散粉1%

色膏/色粉余量

2、制备方法

按配比分别称取聚氨酯丙烯酸树脂、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、4-二甲基氨基苯甲酸乙酯。将上述物料混合搅拌均匀制备成中间品A待用。

按配比分别称量棕榈酸乙基已酯、硅酸镁锂、椰油酸甲基单乙醇酰胺、光扩散粉。将上述物料混合搅拌均匀制备成中间品B待用。

将A和B混合均匀制备中间品C待用。

向中间品C中，加入按配比称重好的色膏，加温至50℃，匀速搅拌30min，直至色膏无颗粒状析出。得到终产品D，密封保存。

将终产品D加入3D笔中作为3D笔颜料使用，注意加入过程中不得见光。

实施例2

2、按以下配比配置3D打印笔用不粘手耗材原料：

聚氨酯丙烯酸树脂60%

2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯12%

4-二甲基氨基苯甲酸乙酯6%

椰油酸甲基单乙醇酰胺6%

棕榈酸乙基已酯3%

硅酸镁锂3%

光扩散粉2%

色膏/色粉余量

2、制备方法

按配比分别称取聚氨酯丙烯酸树脂、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、4-二甲基氨基苯甲酸乙酯。将上述物料混合搅拌均匀制备成中间品A待用。

按配比分别称量棕榈酸乙基已酯、硅酸镁锂、椰油酸甲基单乙醇酰胺、光扩散粉、色膏。与中间品A一起加温至10～35℃，匀速搅拌25min，直至色膏无颗粒状析出，得到终产品，密封保存。

将终产品加入3D笔中作为3D笔颜料使用，注意加入过程中不得见光。

实施例3

3、按以下配比配置3D打印笔用不粘手耗材原料：

聚氨酯丙烯酸树脂88%

2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯1%

4-二甲基氨基苯甲酸乙酯1%

椰油酸甲基单乙醇酰胺1%

棕榈酸乙基已酯1%

聚丙烯酰胺0.1%

光扩散粉0.5%

色膏/色粉余量

2、制备方法

按配比分别称取聚氨酯丙烯酸树脂、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、4-二甲基氨基苯甲酸乙酯。将上述物料混合搅拌均匀制备成中间品A待用。

按配比分别称量棕榈酸乙基已酯、聚丙烯酰胺、椰油酸甲基单乙醇酰胺、光扩散粉、色膏。与中间品A一起加温至10～35℃，匀速搅拌25min，直至色膏无颗粒状析出，得到终产品，密封保存。

将终产品加入3D笔中作为3D笔颜料使用，注意加入过程中不得见光。

将上述实施例、对比例制得的样品、市面上传统产品一同进行均匀度测试，测试结果如下：

根据以上样品测试可以得知，当采用悬浮剂硅酸镁锂和聚丙烯酰胺中的任意一种时，产品色彩均匀系数最高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种3D打印笔用布色均匀型耗材，其特征在于，其材料按照重量百分比包括：齐聚物60%～88%、光引发剂1%～12%、助引发剂 1%～6%、表面活性剂1%～6%、抗粘剂1%～3%悬浮剂0.1%～3%、光扩散粉0.5%～2%、色膏/色粉余。

2.如权利要求1所述的一种3D打印笔用布色均匀型耗材，其特征在于，齐聚物为聚氨酯丙烯酸树脂；光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯；助引发剂为4-二甲基氨基苯甲酸乙酯；表面活性剂为椰油酸甲基单乙醇酰胺；抗粘剂为棕榈酸乙基已酯；悬浮剂可以为硅酸镁锂和聚丙烯酰胺中的任意一种。

3.如权利要求1-2所述的一种3D打印笔用布色均匀型耗材，其特征在于，其材料按照重量百分比，当悬浮剂为硅酸镁锂时，添加量为1%～2%，进一步优选的，添加量为1.2%；当悬浮剂为聚丙烯酰胺时，添加量为0.1%～0.3%，进一步优选的，添加量为0.15。

4.如权利要求1-3所述的一种3D打印笔用布色均匀型耗材，其特征在于，其原料按重量百分比包括：聚氨酯丙烯酸树脂80.23%、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯9.6%、4-二甲基氨基苯甲酸乙酯 2.5%、椰油酸甲基单乙醇酰胺 2.5%、棕榈酸乙基已酯1.2%、硅酸镁锂1.5%、光扩散粉 1%、色膏/色粉余。

5.如权利要求4所述的一种3D打印笔用布色均匀型耗材，其特征在于，硅酸镁锂由重量百分比0.15%的聚丙烯酰胺替。