CN103709917A - 一种用于三维打印器件的后处理液及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维打印器件后处理液制备方法及应用。该后处理液包括分别放置的主剂A液和主剂B液；主剂A液为填充强化剂；主剂B液由40～70%的水性聚氨酯乳液、5～30%水性环氧乳液、10～30%蒸馏水、10～40%硅溶胶、0.2～0.7%偶联剂、0.2～0.5%渗透剂组成。制备时，水性聚氨酯乳液和水性环氧乳液加入蒸馏水中混合后，加入偶联剂和硅溶胶，分散；再加入渗透剂，搅拌制备出主剂B液。使用时，将三维打印器件浸泡在主剂A液中，渗透后，再浸泡在主剂B液中，烘干。本发明后处理液能够有效地提高三维打印器件的强度和耐水性，并具有防止器件脱粉，适用于淀粉基、石膏基或纤维基三维打印器件的后处理。

Description

一种用于三维打印器件的后处理液及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种三维打印器件的后处理液，特别是涉及一种用于三维打印器件的后处理液及其制备方法与应用，属于快速成型的材料领域。

背景技术

三维快速成型即逐层打印叠加法，是一种应用广且处理速度快的成型技术。它适用于上百种不同的应用领域各种复杂的几何学结构，并支持多种材料类型。但是，由于粘结材料三维打印技术通过喷射粘结剂将粉末材料层层粘结而成型，打印件表面和内部存在较多的微孔结构，因此打印成型件的强度十分有限，需要经过后处理强化。

目前使用的比较多的后处理方法是瞬干胶刷涂，其增强效果好，缺点是反应速度过快，保存期短，耐水性差，耐久性不好，部分瞬干胶固化后2个月后胶面发黄，同时刷涂无法保证涂膜均匀。

发明内容

发明的目的是针对三维打印器件强度不足、吸水性差、表面粗糙、容易脱粉等问题，提供一种能够有效提高三维打印的打印器件强度和耐水性，防止脱粉并使器件表面平整的后处理液及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述用于三维打印器件的后处理液的应用方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种用于三维打印器件后处理液，其特征在于，以质量百分比计，由主剂A液和主剂B液组成：

所述主剂A液为填充强化剂。

所述主剂B液，以质量百分比计，配方包括如下组分：

所述的水溶性聚氨酯乳液为脂肪族水性聚氨酯水分散体，粘度为25～50s，固含量为35～38%的半透明乳白色乳液；

所述的硅溶胶为AJN-830、SKP-27、S-35中的一种或几种；

所述的偶联剂为硅氧烷类偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；

所述的渗透剂为渗透剂JFC、快速渗透剂T、渗透剂OE-35、超强渗透剂JFC-E中的一种或几种；

制备时，将水性聚氨酯乳液和水性环氧乳液加入适量蒸馏水中混合后，在搅拌速度为300～700rpm，加入偶联剂和硅溶胶，分散；再加入渗透剂，搅拌30min～3h，制备出粘度为8～40s的后处理液；

所述的主剂A为东莞市汇智纳米材料科技有限公司的DL31-混凝土密封强固剂，DL32-混凝土渗透钢化剂，美国道康宁硅基防水渗透剂或美国高科技化工Chem-crete CAF140；

所述的硅溶胶为佛山中发水玻璃厂AJN-830、广州惠和硅制品有限公司SKP-27、S-35中的一种或几种；

所述的偶联剂为阿拉丁试剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、西亚试剂N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、青岛旭昕化工有限公司γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；

所述的渗透剂为陶氏化学渗透剂JFC、江苏省海安石油化工厂快速渗透剂T、渗透剂OE-35、江苏茂亨化工超强渗透剂JFC-E中的一种或几种；

为了进一步实现本发明目的，所述的水性聚氨酯乳液为广州冠志化工有限公司PU-202B、PU-303B，上海源禾化工有限公司Acure8110、Bayhydrol XP2558或广东天银化工有限公司TC-103；

所述的水性环氧乳液为广州力宝时贸易发展有限公司3520-WY-55A、3540-WY-55A或3522；

该后处理液的应用方法如下：将已经成型的三维打印器件浸泡在主剂A液中1～30s，待主剂A液完全渗透后，再浸泡在主剂B液中1～30s用滤纸吸干打印器件表面的表面明显剩余液，在30～100℃下烘1～5h。

按上述方法制备的后处理液的技术指标如下：

外观：乳白色液体

粘度：8～40s

浸泡后处理液后器件抗压强度：>9MPa

浸泡后处理液后器件表面光滑，不掉粉

浸泡后处理液后器件吸水率：<11%

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1）本发明的用于三维打印器件后处理液，选用市售密封强化剂或渗透钢化剂为主剂A液，主剂B液以水性聚氨酯乳液为主要成膜物质。该乳液具有断裂强度大（大于35MPa）、粘度小、成膜细腻坚韧以及较好的耐溶剂性能，但在基材表面形成的膜较薄；加入一种市售的对基材附着力好、固含高的水性环氧乳液可以增加膜厚度及硬度。

2）本发明添加适量硅溶胶。硅溶胶中的胶体二氧化硅的硅醇基活性较大，可以通过毛细管直接渗透到基材内部，牢固吸附在基材表面。与聚氨酯乳液共混成膜后，可提高涂膜的附着力。硅烷偶联剂的加入，不仅起到防止硅溶胶凝聚的作用，同时改变了有机-无机材料界面粘结性，提高了粘结性能。

3）本发明制备出来的后处理液可长期储存，克服了瞬干胶使用时间短的缺点。采用水性原料，原料易得，毒性较低，对人体和环境的不良影响较低，操作安全，有利于市场推广。

4）本发明用于三维打印器件后处理液制备方法简单，使用简便，具有良好的应用前景。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下结合实施例对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例表述的范围。

本发明测试用石膏基三维打印器件为30cm×30cm×30cm的立方体，为自制石膏基粉末和水性粘结剂经由Z Corporation公司Z310立体打印机打印所得，表面粗糙，易脱粉，强度差，防水性差，泡水10s内溶解。

本发明各实例实施制备的后处理液测试方法均按照以下标准测试

实施例1

一种用于三维打印器件后处理液主剂A液选用DL31-混凝土密封强固剂。

一种用于三维打印器件后处理液主剂B液，由如下重量百分比配比的原料组成：

用于三维打印器件后处理液主剂B液的水性聚氨酯PU-202B粘度为25s，固含量为35%的半透明乳白色。

用于三维打印器件后处理液主剂B液的制备方法：将57%水性聚氨酯乳液PU-202B和6%水性环氧乳液3540-WY-55A加入17%蒸馏水中混合后，在搅拌速度为500rpm，加入0.5%偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和19%硅溶胶AJN-830，分散；再加入0.5%超强渗透剂JFC-E，搅拌30min，制备出粘度为23s的主剂B液。

用于三维打印器件后处理液的使用方法：将已经成型的石膏基三维打印器件浸泡在主剂A液中5s，待液体完全渗透后，再浸泡在主剂B液中5s，浸渗过程发现浸渗液在打印件表面快速扩散；擦干打印器件表面的剩余液体，80℃预烘3h。分别进行抗压强度、吸水性、表面特征，是否脱粉测试，测试结果如表1所示。

实施例2

一种用于三维打印器件后处理液主剂A液选用硅基防水渗透剂。

一种用于三维打印器件后处理液主剂B液，由如下重量配比的原料组成：

用于三维打印器件后处理液主剂B液的水性聚氨酯Bayhydrol XP2558粘度为40s，固含量为37%的半透明乳白色。

用于三维打印器件后处理液主剂B液的制备方法：将60%水性聚氨酯乳液Bayhydrol XP2558和8%水性环氧乳液3540-WY-55A加入15%蒸馏水中混合后，在搅拌速度为450rpm，加入0.7%偶联剂N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和16%硅溶胶SKP-27，分散；再加入0.3%渗透剂OE-35，搅拌1h，制备出粘度为20s的主剂B液。

用于三维打印器件后处理液的使用方法：将已经成型的石膏基三维打印器件（最好对该器件作简要说明，如具体什么器件，大致的特点）浸泡在主剂A液中10s，待液体完全渗透后，再浸泡在主剂B液中10s，浸渗过程发现浸渗液在打印件表面快速扩散；擦干打印器件表面的剩余液体，70℃预烘3h。分别进行抗压强度、吸水性、表面特征，是否脱粉测试，测试结果如表1所示。

实施例3

一种用于三维打印器件后处理液主剂A液选用DL32-混凝土渗透钢化剂。

一种用于三维打印器件后处理液主剂B液，由如下重量配比的原料组成：

用于三维打印器件后处理液主剂B液的水性聚氨酯PU-303B粘度为27s，固含量为35%的半透明乳白色。

用于三维打印器件后处理液主剂B液的制备方法：将50%水性聚氨酯乳液PU-303B和25%水性环氧乳液3522加入7%蒸馏水中混合后，在搅拌速度为600rpm，加入0.7%偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷和17%硅溶胶SKP-27，分散；再加入0.3%快速渗透剂T，搅拌30min，制备出粘度为18s的主剂B液。

用于三维打印器件后处理液的使用方法：将已经成型的石膏基三维打印器件浸泡在主剂A液中15s，待液体完全渗透后，再浸泡在主剂B液中5s，浸渗过程发现浸渗液在打印件表面快速扩散；擦干打印器件表面的剩余液体，85℃预烘2h。分别进行抗压强度、吸水性、表面特征，是否脱粉测试，测试结果如表1所示。

实施例4

一种用于三维打印器件后处理液主剂A液选用DL32-混凝土渗透钢化剂。

一种用于三维打印器件后处理液主剂B液，由如下重量配比的原料组成：

用于三维打印器件后处理液主剂B液的水性聚氨酯TC-103粘度为30s，固含量为33%的半透明乳白色。

用于三维打印器件后处理液主剂B液的制备方法：将70%水性聚氨酯乳液TC-103和5%水性环氧乳液3520-WY-55A加入13.9%蒸馏水中混合后，在搅拌速度为400rpm，加入0.6%偶联剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷和10%硅溶胶AJN-830，分散；再加入0.5%渗透剂OE-35，搅拌2h，制备出粘度为20s的主剂B液。

用于三维打印器件后处理液的使用方法：将已经成型的石膏基三维打印器件浸泡在主剂A液中5s，待液体完全渗透后，再浸泡在主剂B液中15s，浸渗过程发现浸渗液在打印件表面快速扩散；擦干打印器件表面的剩余液体，80℃预烘2h。分别进行抗压强度、吸水性、表面特征，是否脱粉测试，测试结果如表1所示。

实施例5

一种用于三维打印器件后处理液主剂A液选用Chem-crete CAF140。

一种用于三维打印器件后处理液主剂B液，由如下重量配比的原料组成：

用于三维打印器件后处理液主剂B液的水性聚氨酯Acure8110粘度为40s，固含量为35%的半透明乳白色。

用于三维打印器件后处理液主剂B液的制备方法：将45%水性聚氨酯乳液Acure8110和15%水性环氧乳液3520-WY-55A加入19%蒸馏水中混合后，在搅拌速度为450rpm，加入0.5%偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和20%硅溶胶S-35，分散；再加入0.5%渗透剂JFC，搅拌50min，制备出粘度为14s的主剂B液。

用于三维打印器件后处理液的使用方法：将已经成型的石膏基三维打印器件浸泡在主剂A液中20s，待液体完全渗透后，再浸泡在主剂B液中10s，浸渗过程发现浸渗液在打印件表面快速扩散；擦干打印器件表面的剩余液体，50℃预烘4h。分别进行抗压强度、吸水性、表面特征，是否脱粉测试，测试结果如表1所示。

实施例6

一种用于三维打印器件后处理液主剂A液选用Chem-crete CAF140。

一种用于三维打印器件后处理液主剂B液，由如下重量配比的原料组成：

用于三维打印器件后处理液主剂B液的水性聚氨酯PU-202B粘度为25s，固含量为35%的半透明乳白色。

用于三维打印器件后处理液主剂B液的制备方法：将60%水性聚氨酯乳液PU-202B和15%水性环氧乳液3540-WY-55A加入11%蒸馏水中混合后，在搅拌速度为325rpm，加入0.4%偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷和13%硅溶胶S-35，分散；再加入0.6%超强渗透剂JFC-E，搅拌2h，制备出粘度为18s的主剂B液。

用于三维打印器件后处理液的使用方法：将已经成型的石膏基三维打印器件浸泡在主剂A液中10s，待液体完全渗透后，再浸泡在主剂B液中15s，浸渗过程发现浸渗液在打印件表面快速扩散；擦干打印器件表面的剩余液体，90℃预烘2h。分别进行抗压强度、吸水性、表面特征，是否脱粉测试，测试结果如表1所示。

实施例7

一种用于三维打印器件后处理液主剂A液选用DL31-混凝土密封强固剂。

一种用于三维打印器件后处理液主剂B液，由如下重量配比的原料组成：

用于三维打印器件后处理液主剂B液的水性聚氨酯Acure8110粘度为40s，固含量为35%的半透明乳白色。

用于三维打印器件后处理液主剂B液的制备方法：将55%水性聚氨酯乳液Acure8110和20%水性环氧乳液3522加入14.2%蒸馏水中混合后，在搅拌速度为450rpm，加入0.4%偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和10%硅溶胶AJN-830，分散；再加入0.4%渗透剂JFC，搅拌1h，制备出粘度为18s的主剂B液。

用于三维打印器件后处理液的使用方法：将已经成型的石膏基三维打印器件浸泡在主剂A液中25s，待液体完全渗透后，再浸泡在主剂B液中10s，浸渗过程发现浸渗液在打印件表面快速扩散；擦干打印器件表面的剩余液体，85℃预烘4h。分别进行抗压强度、吸水性、表面特征，是否脱粉测试，测试结果如表1所示。

对比实例1

按照实施实例7的制备方法和使用方法，不添加偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

对比实例2

将市售502瞬干胶刷涂在石膏基三维打印器件上，80℃预烘3h。分别进行抗压强度、吸水性、表面特征，是否脱粉测试，测试结果如表1所示。

空白实验

未经过任何处理的石膏基三维打印器件。

表1为本发明实施例所得后处理液的基本性能测试。

表1 后处理液基本性能

由表1测试结果可见，实施例1-7的抗压强度均高于未经过后处理的器件，相对于空白实验最大提高5.9Mpa，吸水率均低于11%。本发明制备的后处理液处理过的器件表现出抗压强度高，耐水性好，表面光洁度好，有光泽，不脱粉的优异性能。浸泡过程发现主剂A液渗透很快，抗压强度提高说明主剂A液渗透入打印器件的间隙并生成了结晶或较硬的膜填充在了器件间隙中，吸水率的降低说明主剂B液在器件表面形成了耐水性膜。

由对比实例1中吸水率比实施例7中提高了11.4%，且表面膜易剥离。说明偶联剂的加入，起到一个桥接的作用，提高了主剂A液和主剂B液的融合，形成了稳定的复合膜体系。

由对比实例2，发现本发明配制的后处理液的吸水性远高于市售502瞬干胶。抗压强度也略高于502瞬干胶。但本发明配制的后处理液的使用方法简单，无污染，且易于储存。

本发明上述实施例不是限定性的。对本领域技术人员来说，可以在本发明的基础上做相应的变化和改进，但应属本发明专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于三维打印器件后处理液，其特征在于，包括分别放置的主剂A液和主剂B液：

所述主剂A液用作填充强化剂；所述的主剂A液为DL31-混凝土密封强固剂，DL32-混凝土渗透钢化剂、硅基防水渗透剂或Chem-crete CAF140；

所述主剂B液，以质量百分比计，配方包括如下组分：

所述的水溶性聚氨酯乳液为脂肪族水性聚氨酯水分散体，粘度为25～50s，固含量为35～38%的半透明乳白色乳液；

所述的硅溶胶为AJN-830、SKP-27或S-35中的一种或多种；

所述的偶联剂为硅氧烷类偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；

所述的渗透剂为渗透剂JFC、快速渗透剂T、渗透剂OE-35或超强渗透剂JFC-E中的一种或多种；

制备时，将水性聚氨酯乳液和水性环氧乳液加入蒸馏水中混合后，在搅拌速度为300～700rpm，加入偶联剂和硅溶胶，分散；再加入渗透剂，搅拌30min～3h，制备出粘度为8～40s的主剂B液。

2.根据权利要求1所述的用于三维打印器件后处理液，其特征在于：所述的主剂A液为DL31-混凝土密封强固剂，DL32-混凝土渗透钢化剂、硅基防水渗透剂或Chem-creteCAF140。

3.根据权利要求1所述的用于三维打印器件后处理液，其特征在于：所述的水性聚氨酯乳液为PU-202B、PU-303B、Acure8110、Bayhydrol XP2558或TC-103。

4.根据权利要求1所述的用于三维打印器件后处理液，其特征在于：所述的水性环氧乳液为3520-WY-55A、3540-WY-55A或3522。

5.权利要求1-4任一项所述的用于三维打印器件后处理液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：取配方质量份的水性聚氨酯乳液和水性环氧乳液加入配方质量份的蒸馏水中混合后，在搅拌速度为300～700rpm，加入配方质量份的偶联剂和硅溶胶，分散；再加入配方质量份渗透剂，搅拌30min～3h，制备出粘度为8～40s的后处理液。

6.权利要求1-5任一项所述的用于三维打印器件后处理液的应用方法，其特征在于包括以下步骤：将已经成型的三维打印器件浸泡在主剂A液中1～30s，待主剂A液完全渗透后，再浸泡在主剂B液中1～30s用滤纸吸干打印器件表面的表面明显剩余液，在30～100℃下烘1～5h。