可光致固化组合物及将其用于进行3D打印的方法技术

本公开整体涉及可光致固化组合物和用于由这些组合物连续形成三维本体的方法。更具体地，本公开涉及包括聚硅氧烷的混合物的可光致固化组合物，所述可光致固化组合物能够进行双重固化(即，首先通过紫外线辐射，随后再进行热处理来固化)、或者通过紫外线辐射来固化。在一个方面，本公开提供一种可光致固化组合物，所述可光致固化组合物包括：第一聚硅氧烷，所述第一聚硅氧烷每分子包含至少两个丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团；第二聚硅氧烷，所述第二聚硅氧烷每分子含有至少一个(例如，至少两个)Si‑H基团；第三聚硅氧烷，所述第三聚硅氧烷每分子含有至少一个(例如，至少两个)反应性脂肪族乙烯基团；自由基光引发剂，所述自由基光引发剂的量占所述组合物中含(甲基)丙烯酸酯的聚硅氧烷的总重量的约0.01至约10重量％；以及氢化硅烷化催化剂，所述氢化硅烷化催化剂的量占所述组合物中含氢化物的聚硅氧烷和含乙烯基的聚硅氧烷的约0.001至约10重量％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可光致固化组合物及将其用于进行3D打印的方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年9月26日提交的美国临时专利申请号62/563602的优先权权益，其全文据此以引用方式并入本文。
本公开整体涉及可光致固化组合物和用于由这些组合物连续形成三维本体的方法。更具体地，本公开涉及包括聚硅氧烷的混合物的可光致固化组合物，该可光致固化组合物能够进行双重固化(即，先通过紫外线辐射，随后再进行热处理来固化)、或者仅通过紫外线辐射来固化。
技术介绍
基于可辐射固化的液体材料逐层构建的聚合物三维(3-D)本体的制造已引起越来越多的关注，尤其是考虑到采用自下而上的技术能够提高生产速度。可使包括聚硅氧烷的可固化组合物经受固化过程以形成聚硅氧烷的反应产物，例如固化材料。该固化材料通常为交联材料的形式，其中通过在不同的聚硅氧烷链之间形成键，将液体可固化组合物制成凝胶或固体。交联的聚硅氧烷可具有各种期望的特性。然而，由于以下至少一个因素，可固化的聚硅氧烷组合物一般不适合打印或制造聚合物三维本体：剪切稀释特性不足；固化产物的透明度不足；固化时间慢，不方便；固化材料的尺寸控制困难；高粘度导致处理困难；以及不适合与各种打印技术一起高效并且有效地使用。因此，仍然需要适于聚合物制品的三维制造的可光致固化组合物。
技术实现思路
在一个方面，本公开提供一种可光致固化组合物，该可光致固化组合物包括：第一聚硅氧烷，该第一聚硅氧烷每分子包含至少两个丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团；第二聚硅氧烷，该第二聚硅氧烷每分子含有至少一个Si-H基团；第三聚硅氧烷，该第三聚硅氧烷每分子含有至少一个反应性脂肪族乙烯基团；自由基光引发剂，该自由基光引发剂的量占组合物中含(甲基)丙烯酸酯的聚硅氧烷的总重量的约0.01至约10重量％；以及氢化硅烷化催化剂，该氢化硅烷化催化剂的量占组合物中含氢化物的聚硅氧烷和含乙烯基的聚硅氧烷的总重量的约0.001至约10重量％。另一方面提供形成三维本体的方法，该方法包括：提供本公开的可光致固化组合物；以及利用光化辐射固化该可光致固化组合物以形成固化(例如，光固化)的三维本体。另一方面提供形成三维本体的方法，该方法包括：提供本公开的可光致固化组合物；利用光化辐射固化该可光致固化组合物以形成光固化的三维本体；以及通过加热来固化该光固化的三维本体以形成热固化的三维本体。附图简要说明将附图包括在内以提供对本公开的方法和装置的进一步理解，并且附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图不一定按比例绘制，并且为了清楚起见，各种元件的尺寸可能会变形。附图示出了本公开的一个或更多个实施例，并且与说明书一起用于解释本公开的原理和操作。图1是在本公开的方法中有用的根据一个实施例的装置的图示。(A)形成三维本体的起始相；以及(B)形成三维本体的后相。图2是在本公开的方法中有用的根据一个实施例的装置的底部部分的图示。在(A)中，透明窗口(24)还充当半渗透层，用于使抑制剂气体(25)渗透，该抑制剂气体从腔室的底部渗透透明窗口(24)；以及在(B)中，在透明窗口(24)上方安装附加的半渗透层(26)，并且从聚合室的侧面提供抑制剂气体(25)。图3是由实例1的可光致固化组合物打印的三维制品的照片。图4是由本公开的可光致固化组合物打印的另一三维制品的照片。具体实施方式在描述所公开的过程和材料之前，应当理解，本文所述的方面不限于特定的实施例、装置或配置，因此当然可变化。还应当理解，本文所用的术语仅出于描述特定方面的目的，并且除非本文中特别定义，否则其并非旨在进行限制。鉴于本公开，可由本领域普通技术人员配置本文所述的材料和过程以满足期望的需求。贯穿本说明书，除非上下文另外要求，否则词语″包含/包括(comprise/include)″及变体(例如，″包含/包括(comprises/comprising/includes/including)″)将被理解为暗示包含所陈述的部件、特征、元件或步骤，或者部件组、特征组、元件组或步骤组，但并不排除任何其他整数或步骤或整数组或步骤组。如本说明书和所附权利要求书中所用，单数形式″一个/一种(a/an)″、和″该/所述″包括复数指代物，除非上下文另外明确规定。如本文所用，术语″固化″是指暴露于任何形式的辐射、加热，或者允许经历导致硬化或粘度增加的物理或化学反应。如本文所用，术语″UV″是指紫外线，该紫外线为波长为约10nm至约400nm的电磁辐射。在UV固化的情况下，波长可选自例如位于280nm和400nm之间的UVA波段和UVB波段。在如本文另外描述的某些实施例中，使用在360nm至450nm的波长范围内的辐射执行固化。然而，在某些实施例中，本文所述的材料在相对长的波长下是可固化的或已固化的，例如，在至少370nm、至少380nm或甚至至少390nm处的峰值波长，例如在370-450nm、380-450nm或390-450nm的范围内。如本文所用，术语″辐射″是指穿过介质或空间传播的高能粒子。辐射的实例为可见光、红外光、微波、无线电波、甚低频波、极低频波、热辐射(热量)和黑体辐射。范围在本文可表达为从″约″一个特定值开始和/或到″约″另一特定值为止。当表达此范围时，另一方面包括从一个特定值开始和/或到另一特定值为止。类似地，当通过使用先行词″约″来将值表示为近似值时，应当理解，特定值形成另一方面。还应当理解，每个范围的端点相对于另一端点以及独立于另一端点都是重要的。本文的所有百分比、比率和比例均按重量计，除非另外指明。本公开提供了适于在多种制造方法使用以提供广泛多种最终固化产物的可光固化的硅组合物。在各种方面和各种实施例中，本文所公开的可光致固化组合物可能特别适于例如使用光固化技术来制造三维聚合物本体。本公开的各方面的一个优点在于，可提供聚硅氧烷的特定混合物以提供具有低粘度(例如，小于约10,000cSt)的可固化组合物，这对于在某些三维制造技术(诸如连续3-D打印)中使用是高度期望的，但仍可提供具有期望特性的固化材料。可向本公开的组合物提供高的UV敏感性和氧聚合抑制作用，从而使它们特别适于受益于此类特性的某些3-D打印技术。低粘度和快速UV固化还可通过允许更高的制造速率以及改进的分辨率和精度来更好地控制制造过程。因此，本公开的一方面提供一种可光致固化组合物，该可光致固化组合物包括：第一聚硅氧烷，该第一聚硅氧烷每分子包含至少两个丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团；第二聚硅氧烷，该第二聚硅氧烷每分子含有至少一个Si-H基团；第三聚硅氧烷，该第三聚硅氧烷每分子含有至少一个脂肪族乙烯基团；有效量的自由基光引发剂，该自由基光引发剂的量占组合物中含(甲基)丙烯酸酯的聚硅氧烷的总重量的约0.01至约10重量％；以及氢化硅烷化催化剂，该氢化硅烷化催化剂的量占组合物中含氢化物的聚硅氧烷和含乙烯基的聚硅氧烷的总重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可光致固化组合物，包括：/n第一聚硅氧烷，所述第一聚硅氧烷每分子包含至少约两个丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团；/n第二聚硅氧烷，所述第二聚硅氧烷每分子含有至少一个(例如，至少约两个)Si-H基团；/n第三聚硅氧烷，所述第三聚硅氧烷每分子含有至少一个(例如，至少约两个)反应性脂肪族乙烯基团；/n自由基光引发剂，所述自由基光引发剂的量占所述组合物中含(甲基)丙烯酸酯的聚硅氧烷的总重量的约0.01至约10重量％；以及/n氢化硅烷化催化剂，所述氢化硅烷化催化剂的量占所述组合物中含氢化物的聚硅氧烷和含乙烯基的聚硅氧烷的总重量的约0.001至约10重量％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170926 US 62/563,6021.一种可光致固化组合物，包括：
第一聚硅氧烷，所述第一聚硅氧烷每分子包含至少约两个丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团；
第二聚硅氧烷，所述第二聚硅氧烷每分子含有至少一个(例如，至少约两个)Si-H基团；
第三聚硅氧烷，所述第三聚硅氧烷每分子含有至少一个(例如，至少约两个)反应性脂肪族乙烯基团；
自由基光引发剂，所述自由基光引发剂的量占所述组合物中含(甲基)丙烯酸酯的聚硅氧烷的总重量的约0.01至约10重量％；以及
氢化硅烷化催化剂，所述氢化硅烷化催化剂的量占所述组合物中含氢化物的聚硅氧烷和含乙烯基的聚硅氧烷的总重量的约0.001至约10重量％。


2.根据权利要求1所述的可光致固化组合物，其中所述第一聚硅氧烷每聚硅氧烷分子具有约两个丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的可光致固化组合物，其中所述第一聚硅氧烷为聚(二甲基硅氧烷-共-(甲基丙烯酰氧基丙基)甲基硅氧烷)或甲基丙烯酰氧基丙基封端的聚(二甲基硅氧烷)。


4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的可光致固化组合物，其中所述第一聚硅氧烷具有的Mw小于约50,000g/mol，例如，小于约20,000g/mol。


5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的可光致固化组合物，其中所述第一聚硅氧烷在所述可光致固化组合物中以约1wt％至约50wt％，例如，约10wt％至约50wt％的量存在。


6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的可光致固化组合物，其中所述第二聚硅氧烷每分子具有至少1.75个Si-H基团、或每分子具有至少1.9个Si-H基团。


7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的可光致固化组合物，其中所述第二聚硅氧烷在所述组合物中以约1wt％至约80wt％的量，例如，以约15wt％至约40wt％的量存在。


8.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的可光致固化组合物，其中所述第二聚硅氧烷具有的分子量为约1,000g/mol至约1,000,000g/mol、或约100,000g/mol至约1,000,000g/mol。


9.根据权利要求1至权利要求8中任一项所述的可光致固化组合物，其中所述第三聚硅氧烷每分子具有至少1.75个反应性脂肪族乙烯基团、或每分子具有至少1.9个反应性脂肪族乙烯基团。


10.根据权利要求1至权利要求9中任一项所述的可光致固化组合物，其中所述第三聚硅氧烷在所述组合物中以约1wt％至约80wt％的量，例如，以约15wt％至约40wt％的量存在。


11.根据权利要求1至权利要求10中任一项所述的可光致固化组合物，其中所述第三聚硅氧烷具有的分子量为约1,000g/mol至约1,000,000g/mol、或约100,000g/mol至约1,000,000g/mol。


12.根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的可光致固化组合物，其中所述第三聚硅氧烷的每个反应性脂肪族乙烯基团均非(甲基)丙烯酸酯。


13.根据权利要求1至权利要求12中任一项所述的可光致固化组合物，其中所述第二聚硅氧烷和所述第三聚硅氧烷在所述组合物中以约1wt％至约80wt％的总量，例如，以约15wt％至约40wt...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炼，李乔西，张剑烽，X·刘，惠陶然，
申请(专利权)人：美国圣戈班性能塑料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US