4D打印用大豆油基可见光固化树脂的合成与性能研究

发布时间：2020-07-16 04:28

【摘要】：近年来,伴随着3D打印技术的迅速发展,4D打印概念应运而生。与传统3D打印技术相比,4D打印较普通的3D打印技术增加了一个时间维度,并令打印的产品能够实现自组装,多功能性和自我修复,因此,4D打印的关键是使用能够智能变形的材料作为打印耗材。另一方面,基于光固化机理成型的3D打印技术具有打印精度高,耗时短的特点,但目前商用的光敏树脂大部分为石油基的高分子化合物,价格昂贵,且只能在紫外光区域固化,不利于规模推广。相比于紫外光固化,可见光固化具有低成本,安全性高,固化深度大等特点。因此,开发成本低廉,能够在可将光区域内快速固化成型的,且具有形状记忆功能的4D打印耗材具有重要的研究意义和实用价值。大豆油是重要且廉价的可再生资源,本文以环氧大豆油为原料,引入不同的不饱和羧酸。通过简单的一步反应,获得一系列大豆油基液态树脂预聚合物,并引入合适的可见光引发体系及改性用羧酸酯,获得了能够在可见光区域快速固化,能够用于4D打印的高分子耗材。并利用数据光固化(DLP)3D打印机打印成型,获得了具有一定机械强度和形状记忆性能的4D打印产品。主要的研究内容如下:(1)以环氧大豆油为油源,丙烯酸为开环酯化试剂,对苯二酚为阻聚剂,三苯基膦为催化剂,一步法获得环氧大豆油丙烯酸酯与丙烯酸的混合预聚物,并首次引入樟脑醌-对二甲氨基苯甲醛可见光引发体系,获得了能在可见光下快速打印成型的环氧大豆油丙烯酸酯-丙烯酸(ESOA-AA)4D打印耗材。将所得耗材利用数据光固化(DLP)3D打印机打印成型,获得了具有形状记忆性能的4D打印产品。该耗材打印产品为黄色透明固体,具有较好的柔韧性,具有热致感应性状记忆特性。通过改变丙烯酸的用量,我们获得了拉伸强度在1.2MPa~9.8MPa,玻璃化转变温度在20℃~75℃范围内变动的一系列树脂。(2)以环氧大豆油为油源,甲基丙烯酸为开环酯化试剂,对苯二酚为阻聚剂,三苯基膦为催化剂,一步法获得环氧大豆油甲基丙烯酸酯与甲基丙烯酸的混合预聚物,引入樟脑醌-对二甲氨基苯甲醛可见光引发体系,获得了能在可见光下快速打印成型的环氧大豆油甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸(ESOMA-MAA)4D打印耗材。将所得耗材利用数据光固化(DLP)3D打印机打印成型,获得了具有形状记忆性能的4D打印产品。该耗材打印产品为黄色透明固体,具有热致感应性状记忆特性。通过改变甲基丙烯酸的用量,我们获得了拉伸强度在2.9MPa~49.5MPa,玻璃化转变温度在96℃~196℃之间变动的一系列树脂。(3)以环氧大豆油与少量甲基丙烯酸为原料,我们首先合成了低挥发性的环氧大豆油甲基丙烯酸酯与甲基丙烯酸的混合预聚物,并在得到的预聚物中加入一定量的三乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDMA),引入樟脑醌-对二甲氨基苯甲醛可见光引发体系,获得环氧大豆油甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸-三乙二醇二甲基丙烯酸酯(ESOMA-MAA-TEGDMA)三元复合4D打印材料,将所得耗材利用数据光固化(DLP)3D打印机打印成型,获得了具有形状记忆性能的4D打印产品。通过改变TEGDMA的加入量,我们获得了拉伸强度在2.9MPa~7.4MPa,玻璃化转变温度在70℃~86℃之间变动的一系列树脂。
【学位授予单位】：桂林理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ320.1;TP391.73
【图文】：

(a)数据光固化(DLP)光固化3D技术原理示意图和(b)DLP3D打印机实物图

来自WebofScience的关于形状记忆聚合物的4D打印或3D打印主题的出版统计数据[46]

通过不同的印刷技术对单向SMP进行4D印刷：(a)PμSL打印具有高分辨率的聚合物埃菲尔铁塔模型(左)和具有可调尺寸参数的PμSL印刷支架(右)

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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本文编号：2757521