CN111471133A - 一种生物基牙科3d打印光固化树脂配方 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物基牙科3D打印光固化树脂配方，包括40‑60％重量份的双酚A丙三醇双甲基丙烯酸酯和/或乙氧化双酚A甲基丙烯酸双酯，20‑30％重量份的N‑乙烯基己内酰胺，10‑20％重量份的PEG400DA(聚乙二醇400二丙烯酸酯)，10‑20％重量份的1,6‑己二醇二丙烯酸酯，5‑10％重量份的扩链剂，和总比例不超过3％重量份的引发剂。该配方充分考虑了光固化反应的充分性和固化速度，由该生物基牙科3D打印光固化树脂配方制备的光固化树脂透明性能好，具有良好的生物相容性，无毒，光固化反应完全，固化速度快，3D打印的精度和表面质量好，具有优异的刚性和韧性。
Description
技术领域
本发明属于医疗卫生技术领域，具体涉及一种生物基牙科3D打印光固化树脂配方。
背景技术
3D打印技术又称为增材制造技术，是根据所设计的3D模型，通过3D 打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术。3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。
光固化3D打印技术凭借成型表面质量好、尺寸精度高以及能够实现比较精细的细微之处等特点，在牙科方面得到了广泛的应用。
光固化3D打印按出现的时间顺序来分，主要有三种：喷射性光固化 3D打印，激光固化快速成型3D打印(SLA)，面曝光快速成型3D打印。
早期的喷射性光固化3D打印是将光敏树脂高速喷出，由于树脂的高速喷出，树脂的粘度过低会容易飞溅，粘度过高又使其铺平困难，再加上光敏树脂本身的收缩及翘曲变形，使成型制件的精度较低。
激光固化快速成型3D打印是比较成熟的一种光固化3D打印，基本取代了喷射性光固化3D打印。这种打印方式并非树脂的喷射，而是通过下移液体树脂槽中用于成型制品的工作台，且添加了树脂的刮平工序，因此减少了光固化制件的翘曲与变形。
随着快速成型技术对成型的精度和速度等性能要求的提升，面曝光快速成型近年来得到快速发展。面曝光快速成型可一次性实现零件一层的固化，与SLA相比，面曝光快速成型3D打印技术无论在精度、速度，还是设备成本方面都具有明显优势，因此面曝光快速成型技术在微型零件的快速成型领域发展迅速。数字光处理技术(DLP)已使面曝光成型精度达到 40～50μm，并且理论上仍有很大的提升空间。而在2015年3月20日，美国Carbon3D公司和北卡罗来纳大学的研究人员在《科学》杂志上发表文章，报道了一种革命性改进的3D打印技术——连续液面制造(CLIP)技术，将 3D打印速度提高100倍。
光固化3D打印技术的关键之一是采用何种光敏树脂。3D打印机与光敏树脂的研究可以相互促进，因此西方发达国家在3D打印用光敏树脂方面依然保持领先。目前国外光敏树脂做的最好的是美国3D Systems公司、德国EOS公司、以色列OBJET公司(已被美国Stratasys公司收购)等，这几个公司基本瓜分了3D打印光敏树脂产品的市场。但是光敏树脂作为这些公司加强自己在3D打印领域竞争力的关键技术，成果处于严格的保密之中，鲜有对外公布，并且这些公司采取将光敏树脂与其生产的光固化3D打印机捆绑销售的手段来进一步提升自己的垄断地位。
我国自上世纪70年代初期就开始了光敏树脂的研究，只是当时未能找到理想的光引发剂，树脂的光敏性等性能也不过关，因而几乎未有实质性的进展。引发剂是控制成型速度的关键，成型后的收缩对制品的尺寸精度及翘曲变形影响很大。因此，选择合适的引发剂及控制光敏树脂的固化收缩是提高材料性能的主要途径。
另外，针对牙科使用的3D打印光固化树脂而言，除了引发剂和树脂的固化收缩因素以外，还要考虑毒性及反应完全性、光固化反应完全和固化快的因素，还要求树脂透明性能好，以及具有良好的生物相容性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种生物基牙科3D打印光固化树脂配方，由该生物基牙科3D打印光固化树脂配方制备的光固化树脂透明性能好，具有良好的生物相容性，无毒，光固化反应完全，固化速度快，3D打印的精度和表面质量好，具有优异的刚性和韧性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种生物基牙科3D打印光固化树脂配方，包括40-60％重量份的双酚A丙三醇双甲基丙烯酸酯和/或乙氧化双酚 A甲基丙烯酸双酯，20-30％重量份的N-乙烯基己内酰胺，10-20％重量份的 PEG400DA(聚乙二醇400二丙烯酸酯)，10-20％重量份的1,6-己二醇二丙烯酸酯，5-10％重量份的扩链剂，和总比例不超过3％重量份的引发剂。
所述的扩链剂优先选用三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
所述的扩链剂使用四官能度以上的丙烯酸树脂。
所述的扩链剂使用PPTTA(乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯)。
所述的引发剂包括0.5-1％重量份的樟脑醌，0.5-1％重量份的四甲基氨基苯甲酸乙酯和1-1.5％重量份的184D。
所述的樟脑醌、四甲基氨基苯甲酸乙酯和184D三种引发剂的混合使用使光固化树脂的光固化波长达到300-600nm。
本发明所述生物基牙科3D打印光固化树脂配方在3D打印牙科材料中的应用。
制备得到本发明所述的生物基牙科3D打印光固化树脂组合物后，将其置于3D打印设备，如3D打印机中，设置参数打印即可。本发明对具体的 3D打印机以及具体参数不进行限定，根据待打印的不同产品，本领域技术人员常规熟知即可。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明所述的生物基牙科3D打印光固化树脂配方充分考虑了光固化反应的充分性和固化速度，由该生物基牙科3D打印光固化树脂配方制备的光固化树脂透明性能好，具有良好的生物相容性，无毒，光固化反应完全，固化速度快，3D打印的精度和表面质量好，具有优异的刚性和韧性。
附图
图1、以实施例1制备的光敏树脂进行打印的牙科导板模型。
具体实施方式
本发明提供一种生物基牙科3D打印光固化树脂配方，包括40-60％重量份的双酚A丙三醇双甲基丙烯酸酯和/或乙氧化双酚A甲基丙烯酸双酯 (为了墨水经济效益和成本及原料供应问题，双酚A丙三醇双甲基丙烯酸酯和乙氧化双酚A甲基丙烯酸双酯这两种都可以选择，可以以其中一种作为主体，也可以二者混合使用)，20-30％重量份的N-乙烯基己内酰胺，10-20％重量份的PEG400DA聚乙二醇400二丙烯酸酯，10-20％重量份的 1,6-己二醇二丙烯酸酯。优先选用HDDA，可以考虑其它的二官能度单体(如 TPGDA三丙二醇二丙烯酸酯、DVE-3三乙二醇二乙烯基醚)，5-10％重量份的扩链剂，以及总比例不超过3％重量份的引发剂。
所述的扩链剂优先选用三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
所述的扩链剂也可以使用PPTTA(乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯)等四官能度以上丙烯酸树脂，考虑到毒性及反应完全性，尽量避免大官能度。
所述的引发剂包括0.5-1％重量份的樟脑醌，0.5-1％重量份的四甲基氨基苯甲酸乙酯和1-1.5％重量份的184D。
引发剂使用最好为樟脑醌、四甲基氨基苯甲酸乙酯和184D三者的混合使用，总比例不超过3％重量份；其次，樟脑醌考虑溶解性比例不超过1％重量份，184D的引入主要为了光固化反应完全和固化快，吸收的波长在通用打印机波长范围内；樟脑醌、四甲基氨基苯甲酸乙酯和184D三种引发剂的混合使用使其光固化波长达到300-600nm。
本发明所述制备生物基牙科3D打印光固化树脂配方的原料均购自市场。
实施例1：
将下列组分(质量分数)室温下置于250ml烧杯中混合搅拌均匀～1.5 h，抽真空除去气泡得到牙科3D打印光敏树脂：
本实施例的牙科光敏树脂较其他配方具有优异的机械性能，包括断裂伸长率为～5.8％，断裂强度为～22.4MPa，弹性模量为～830.0MPa。
实施例2
将下列组分(质量分数)室温下置于250ml烧杯中混合搅拌均匀～2.0 h，抽真空除去气泡得到牙科3D打印光敏树脂：
本实施例牙科光敏树脂较其他配方具有较低的黏度，约为0.35Pa S，断裂伸长率为～4.7％，断裂强度为～19.6MPa。得益于低黏度特性，其打印成型精度较高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种生物基牙科3D打印光固化树脂配方，其特征在于，该配方包括40-60％重量份的双酚A丙三醇双甲基丙烯酸酯和/或乙氧化双酚A甲基丙烯酸双酯，20-30％重量份的N-乙烯基己内酰胺，10-20％重量份的PEG400DA(聚乙二醇400二丙烯酸酯)，10-20％重量份的1,6-己二醇二丙烯酸酯，5-10％重量份的扩链剂，和总比例不超过3％重量份的引发剂。
2.根据权利要求1所述的生物基牙科3D打印光固化树脂配方，其特征在于，所述的扩链剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
3.根据权利要求1所述的生物基牙科3D打印光固化树脂配方，其特征在于，所述的扩链剂使用四官能度以上的丙烯酸树脂。
4.根据权利要求1所述的生物基牙科3D打印光固化树脂配方，其特征在于，所述的扩链剂使用PPTTA(乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯)。
5.根据权利要求1所述的生物基牙科3D打印光固化树脂配方，其特征在于，所述的引发剂包括0.5-1％重量份的樟脑醌，0.5-1％重量份的四甲基氨基苯甲酸乙酯和1-1.5％重量份的184D。
6.根据权利要求5所述的生物基牙科3D打印光固化树脂配方，其特征在于，所述的樟脑醌、四甲基氨基苯甲酸乙酯和184D三种引发剂的混合使用使光固化树脂的光固化波长达到300-600nm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的生物基牙科3D打印光固化树脂配方在3D打印牙科材料中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200731 |