光固化树脂的制备及应用

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1、化学工程990612化学工程CHEMICALENGINEERING1999年　第27卷　第6期　Vol.27No.61999光固化树脂的制备及应用王素琴　曹瑞军　段玉岗　　确定了光固化树脂预聚体的合成条件，制备了激光快速成型用光固化树脂，并对该树脂进行了性能评价和对其应用前景进行了阐述。　　关键词：光固化　环氧丙烯酸酯　预聚体　快速成型PreparationandApplicationofPhotocuringResinWangSuqin，CaoRuijun，DuanYugang（Xi'anJiaotongUniversity，Xi'an71

2、0049）Determinedthesynthesizingconditionofphotocuringresinprepolymer，preparedtheresinusedforLaserRapidPrototyping，appraisedthepropertiesofresinandelaboratedonitsapplicationprospect．Keywords：photocuring，epoxyacrylate，prepolymer，rapidprototyping　　光聚合因其反应所需要的活化能低，可以在很大的温度范围内发生，

3、特别是易于进行低温聚合，因此应用日趋广泛，研究光聚合在新领域的应用也愈来愈受到人们的高度重视。光固化法在激光快速成形技术中的应用就是当前光聚合的最新应用研究，在激光快速成型光固化法（简称SL法）中，用作光成型材料的光固化树脂是立体光造型系统的重要组成部分，该树脂由带有可进一步聚合基团的预聚体、活性单体、光引发剂以及其它助剂组成。经过适当波长的光照射后，发生聚合反应和交联反应，能迅速固化成型。该树脂体系的性状直接影响成型工艺的实施、成型精度和成型件的机械性能及应用范围，因此，它必须具有低粘度、低固化收缩率、可靠的贮存稳定性以及高的光响应速度等特

4、点，这些都依赖于预聚体、活性单体、光引发剂的种类以及各种物料之间的适当比例。　　本文确定了环氧丙烯酸酯预聚体的合成条件，研究了激光快速成型用光固化树脂的制备，并且从其化学过程及反应机理进行了验证。1　实验部分1．1　主要实验原料及仪器设备　　原料：丙烯酸（工业级）；低分子量环氧树脂（工业级）；阻聚剂（化学纯）；各种活性单体（工业级）；催化剂（自制）。　　仪器设备：GGZ—500型高压汞灯（上海灯泡一厂）；NDJ—1型旋转式粘度计（上海天平仪器厂）；PLS—600型激光快速成型机（西安交大）。1．2　激光快速成型光固化树脂的制备　　制备框图见下

5、图。file:///E

6、/qk/hxgc/hxgc99/hxgc9906/990612.htm（第1／4页）2010-3-2223:50:29化学工程990612激光快速成型光固化树脂制备图1．3　环氧丙烯酸酯预聚体的合成　　在装有温度计、电动搅拌棒和滴液漏斗的三颈瓶中，加入指定量的环氧树脂、阻聚剂、催化剂，在加热搅拌下分次加入定量的丙烯酸，在90～95℃下反应4～6h，反应体系残留酸值［1］低于5．0时结束。2　预聚体合成条件的确定　　各种环氧、丙烯酸通过加成酯化反应生成同时具有HO—和CH2＝CH—C—基的预聚体，该预聚体可进一步聚合，其

7、分子量一般为1000～5000，该反应将羟基和不饱和链引入大分子中，因此分子就能经过双键进行光聚合，并且由于—OH基的存在，使其具有更好的粘合性，但也使得粘度较大。2．1　不同牌号环氧对酯化反应的影响　　环氧值分别为0．42、0．48、0．51的低分子量环氧树脂与丙烯酸酯化的反应速率顺序按照环氧值从小到大而增大，高环氧值树脂环氧基浓度高而粘度低，有利于反应进行。2．2　温度对酯化反应的影响　　在不同温度下，在相同反应时间内，体系中残留酸值不同，温度越高，体系中残留酸值率越低，说明反应进行的程度越大，故升高温度可以加速反应，高于90℃时能在较短

8、时间内达到高转化点，但是过高的反应温度易引起双键的热聚合及其它副反应。　　除了试验考察上述因素的影响外，我们还对原料丙烯酸、催化剂种类、投料方式、催化剂和阻聚剂的用量也作了大量试验探索，最终确定了切实可行的合成工艺参数。3　激光快速成型中的化学过程3．1　液态树脂光固化机理　　光引发剂在紫外激光的辐射下，由基态变为激发态，激发态再以断链方式生成活性自由基，引发预聚物和活性单体进行聚合反应，这种反应普遍适用于丙烯酸环氧树脂的固化［2］。3．2　液态树脂光固化机理的验证　　将本文合成的丙烯酸环氧树脂（按适当比例，见1．2）配制成光固化树脂，在PL

9、S-600型激光快速成型机上快速做出有良好机械强度的各种固化树脂零件模型。根据液体光固化树脂与激光扫描后所得固化物的红外谱图，固化物谱图中810cm-1处吸收峰（＝