Фотоотверждаемые композиции для изготовления термостойких трехмерных объектов методом DLP 3D-печати Российский патент 2023 года по МПК B29C64/00 B29C64/135 G03C1/00 G03C1/04 C08J3/21 C08K5/16 C08L33/26 C08L65/02 C08L77/06 

Описание патента на изобретение RU2790249C1

Изобретение относится к фотоотверждаемым композициям на основе термостойкого N-аллил-функционализированного ароматического полиамида и полифункциональных тиолов и может быть использовано для изготовления термостойких трехмерных объектов методом DLP 3D-печати.

Из существующего уровня техники известны аналоги - фотоотверждаемые композиции на основе различных моно-, ди- и полифункциональных (мет)акрилатных производных и фотоинициаторов, которые могут быть использованы для изготовления трехмерных полимерных объектов методом лазерной стереолитографии (патенты RU 2127444, RU 2515991, RU 2477290, RU 2244335). Общим недостатком указанных фотоотверждаемых композиций является чувствительность к присутствию кислорода и влаги воздуха, низкая термостойкость и механическая прочность получаемых изделий, что существенно ограничивает области их практического применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению аналогом, принятого за прототип (патент RU 2684387), являются фотоотверждаемые композиции на основе поли-(м-фенилен)изофталамида с молекулярной массой 60 кДа, акриламидных соединений и фотоинициатора. Термостойкость изделий, сформированных методом лазерной стереолитографии на основе таких смол, составляет 370-390°С, а прочность на разрыв 86.8-90.3 МПа.

Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение чувствительности фотоотверждаемых композиций к присутствию кислорода и влаги воздуха, увеличение термостойкости, механической прочности изделий и уменьшение времени их формирования. Технический результат изобретения достигается за счет использования фотоотверждаемых композиций на основе термостойкого N-аллил-функционализированного поли-(м-фенилен)изофталамида со степенью функционализации 61-80% и молекулярной массой 30-60 кДа, алифатического или ароматического ди- или тетратиола, фотоинициатора - бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксида, ингибитора радикальной полимеризации - гидрохинона и растворителя - N-метил-2-пирролидона. Отверждение композиции происходит в результате УФ-инициируемой тиол-еновой полимеризации, что предопределяет толерантность к присутствию кислорода и влаги воздуха. Уменьшение времени формирования изделий достигается благодаря использованию метода DLP 3D-печать, поскольку в этом случае каждый слой засвечивается диодной матрицей, а не сканируется лазерным лучом как в методе лазерной стереолитографии.

Фотоотверждаемая композиция имеет следующий состав (мас.%):

1. N-аллил-функционализированный поли-(м-фенилен)изофталамид - 15-25;

2. Тиольный компонент - 9-25;

3. Бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксид - 2;

4. Гидрохинон - 0.1;

5. N-метил-2-пирролидон - 47.9-73.9.

N-аллил-функционализированный поли-(м-фенилен)изофталамид имеет следующий вид:

где y = 0.61n ÷ 0.80n.

В качестве тиольного компонента используются:

1. Тетракис(3-меркаптопропионат)пентаэритрит

2. Бис-меркаптоацетат этиленгликоля

3. 1,3-димеркаптобензол

4. 1,4-димеркаптобензол

Формирование трехмерных объектов на основе фотоотверждаемых композиций осуществлялось технологией DLP 3D-печати с использованием светодиодного излучения со следующими характеристиками: длина волны 405 нм, мощность излучения 30 мВт. Подвод светодиодного излучения производился снизу перпендикулярно поверхности композиции. Толщина слоя составляла 10-50 мкм, время засветки одного слоя - 10-30 секунд.

Полученные таким образом материалы заданной геометрической формы согласно данным термического анализа при скорости нагревания 10 град/мин не плавятся вплоть до начала деструкции, которая происходит при 380-445°С, что свидетельствует об их высокой термостойкости. Прочность на разрыв материалов составляет 87.9-129.5 МПа.

Предлагаемое изобретение подтверждается следующими примерами.

Пример 1. К 65 г N-метил-2-пирролидона добавляли 20 г N-аллил-функционализированного поли-(м-фенилен)изофталамида (степень функционализации 80%), 12.9 г тетракис(3-меркаптопропионат)пентаэритрита, 2 г фотоинициатора бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксида, 0.1 г гидрохинона и интенсивно перемешивали до полной гомогенизации. Полученную композицию подвергали светодиодному излучению с λ=405 нм. В результате получали изделие, которое после тщательного промывания и сушки в вакууме при постепенном подъеме температуры от 20 до 200°C начинало деструктировать при 380°С. Образцы имеют следующие механические характеристики: прочность на разрыв 87.9±3.8 МПа, относительное удлинение при разрыве 22.3±1.6%.

Пример 2. К 67.5 г N-метил-2-пирролидона добавляли 20 г N-аллил-функционализированного поли-(м-фенилен)изофталамида (степень функционализации 61%), 10.4 г тетракис(3-меркаптопропионат)пентаэритрита, 2 г фотоинициатора бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксида, 0.1 г гидрохинона и интенсивно перемешивали до полной гомогенизации. Полученную композицию подвергали светодиодному излучению с λ=405 нм. В результате получали изделие, которое после тщательного промывания и сушки в вакууме при постепенном подъеме температуры от 20 до 200°C начинало деструктировать при 389°С. Образцы имеют следующие механические характеристики: прочность на разрыв 95.1±4.9 МПа, относительное удлинение при разрыве 16.8±1.2%.

Пример 3. К 66.8 г N-метил-2-пирролидона добавляли 20 г N-аллил-функционализированного поли-(м-фенилен)изофталамида (степень функционализации 80%), 11.1 г бис-меркаптоацетата этиленгликоля, 2 г фотоинициатора бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксида, 0.1 г гидрохинона и интенсивно перемешивали до полной гомогенизации. Полученную композицию подвергали светодиодному излучению с λ=405 нм. В результате получали изделие, которое после тщательного промывания и сушки в вакууме при постепенном подъеме температуры от 20 до 200°C начинало деструктировать при 382°С. Образцы имеют следующие механические характеристики: прочность на разрыв 83.4±3.2 МПа, относительное удлинение при разрыве 19.6±1.4%.

Пример 4. К 63.5 г N-метил-2-пирролидона добавляли 25 г N-аллил-функционализированного поли-(м-фенилен)изофталамида (степень функционализации 80%), 9.4 г 1,3-димеркаптобензола, 2 г фотоинициатора бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксида, 0.1 г гидрохинона и интенсивно перемешивали до полной гомогенизации. Полученную композицию подвергали светодиодному излучению с λ=405 нм. В результате получали изделие, которое после тщательного промывания и сушки в вакууме при постепенном подъеме температуры от 20 до 200°C начинало деструктировать при 445°С. Образцы имеют следующие механические характеристики: прочность на разрыв 129.5±4.6 МПа, относительное удлинение при разрыве 11.1±0.9%.

Как видно из приведенных примеров, фотоотверждаемые композиции выгодно отличаются от известных по совокупности эксплуатационных характеристик изделий на их основе.

Вышеперечисленный комплекс практически полезных свойств изделий на основе полученных фотоотверждаемых композиций определяет положительный эффект изобретения. Полученные фотоотверждаемые композиции могут быть использованы для DLP 3D-печати при получении термостойких изделий заданной архитектуры.

Похожие патенты RU2790249C1

название год авторы номер документа
Фоточувствительные композиции для изготовления термостойких механически прочных объектов методом DLP 3D-печати 2022
  • Холхоев Бато Чингисович
  • Матвеев Захар Андреевич
  • Бурдуковский Виталий Федорович
RU2792647C1
Отверждаемые смолы для изготовления термостойких трехмерных объектов методом DLP 3D-печати 2021
  • Холхоев Бато Чингисович
  • Коркунова Ольга Сергеевна
  • Бурдуковский Виталий Федорович
  • Бардакова Ксения Николаевна
  • Минаев Никита Владимирович
  • Тимашев Петр Сергеевич
RU2760736C1
АЛКИЛФЕНИЛБИСАЦИЛФОСФИНОКСИДЫ, ИХ СМЕСИ, ФОТОПОЛИМЕРИЗУЕМАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ИХ, СПОСОБ ФОТОПОЛИМЕРИЗАЦИИ И СУБСТРАТ, ПОКРЫТЫЙ ЭТОЙ КОМПОЗИЦИЕЙ 1997
  • Леппард Дэвид Джордж
  • Кехлер Манфред
  • Валет Андреас
RU2180667C2
ВНЕДРЯЕМЫЙ ФОТОИНИЦИАТОР 2003
  • Вольф Жан-Пьер
  • Хюслер Ринальдо
  • Петер Вольфганг
  • Зоммерладе Райнхард
  • Булмааз Суад
RU2320641C2
D1479 УСТОЙЧИВЫЙ ЖИДКИЙ БИС(АЦИЛ)ФОСФИНОВЫЙ ФОТОИНИЦИАТОР И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В РАДИАЦИОННО-ОТВЕРЖДАЕМЫХ КОМПОЗИЦИЯХ 2011
  • Бишоп Тимоти Эдвард
  • Мерфи Эдвард Джозеф
  • Саутвелл Джон Эдмонд
  • Сармах Сатиендра
  • Ли Тайиеон
RU2600053C2
Окислительно высушиваемая композиция для покрытия, содержащая политиол 2000
  • Баккерен Франк Йоханнес Альфред Дирк
  • Класен Роберт Пауль
  • Лансберген Адрианус Йозефус Хендрикус
RU2224776C2
МОНО- ИЛИ ДИАЦИЛФОСФИНОКСИДЫ 1992
  • Вернер Рутш[Ch]
  • Курт Диетликер[Ch]
  • Роджер Грэхэм Хол[Gb]
RU2057759C1
СПОСОБ ФОТОХИМИЧЕСКОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИМИ ДИОДАМИ 2005
  • Зитцманн Юджин Валентайн
  • Вострацки Доналд
  • Янкаускас Дженнифер
  • Лосапио Грег
RU2396287C2
КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ ОТВЕРЖДЕНИЯ 1997
  • Бирбаум Джин-Луц
  • Кунц Мартин
  • Кимура Акира
  • Кура Хисатоши
  • Ока Хидетака
  • Накашима Хироко
RU2210798C2
ОТВЕРЖДАЕМАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗ НЕЁ ОТВЕРЖДЁННОГО ПРОДУКТА 2019
  • Нечаусов Сергей Сергеевич
  • Яблокова Марина Юрьевна
  • Авдеев Виктор Васильевич
  • Булгаков Борис Анатольевич
  • Калугин Денис Иванович
RU2699556C1

Реферат патента 2023 года Фотоотверждаемые композиции для изготовления термостойких трехмерных объектов методом DLP 3D-печати

Настоящее изобретение относится к фотоотверждаемой композиции для изготовления термостойких изделий заданной архитектуры методом DLP 3D-печати, отличающейся тем, что фотоотверждаемая композиция имеет следующий состав (мас.%): N-аллил-функционализированный поли-(м-фенилен)изофталамид со степенью функционализации 61-80% и молекулярной массой 30-60 кДа – 15-25; тиольный компонент, который выбран из тетракис(3-меркаптопропионат)пентаэритрита, бис-меркаптоацетата этиленгликоля, 1,3-димеркаптобензола, 1,4-димеркаптобензола – 9-25; бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксид – 2; гидрохинон – 0,1; N-метил-2-пирролидон – 47,9-73,9. Настоящее изобретение обеспечивает уменьшение чувствительности фотоотверждаемой композиции к присутствию кислорода и влаги воздуха, увеличение термостойкости, механической прочности изделий и уменьшение времени их формирования. 4 пр.

Формула изобретения RU 2 790 249 C1

Фотоотверждаемая композиция для изготовления термостойких изделий заданной архитектуры методом DLP 3D-печати, отличающаяся тем, что фотоотверждаемая композиция имеет следующий состав (мас.%):

N-аллил-функционализированный поли-(м-фенилен)изофталамид со степенью функционализации 61-80% и молекулярной массой 30-60 кДа – 15-25;

тиольный компонент, который выбран из тетракис(3-меркаптопропионат)пентаэритрита, бис-меркаптоацетата этиленгликоля, 1,3-димеркаптобензола, 1,4-димеркаптобензола – 9-25;

бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксид – 2;

гидрохинон – 0,1;

N-метил-2-пирролидон – 47,9-73,9.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2790249C1

ФОТОПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОСТОЙКИХ ОБЪЕКТОВ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ СТЕРЕОЛИТОГРАФИИ 2017
  • Бурдуковский Виталий Федорович
  • Холхоев Бато Чингисович
  • Горенская Елена Николаевна
  • Очиров Борис Дамбаевич
  • Тимашев Петр Сергеевич
  • Минаев Никита Владимирович
  • Дудова Дарья Сергеевна
  • Бардакова Ксения Николаевна
RU2684387C2
US 8440736 B2, 14.05.2013
US 20200283548 A1, 10.09.2020
EP 3585824 A2, 01.01.2020
US 20200062877 A1, 27.02.2020
Д.В
Ганин и др., Фотоотверждаемая полимерная композиция на основе термостойкого ароматического полиамида для формирования оптических элементов методом двухфотонной полимеризации / Оптика и спектроскопия,

RU 2 790 249 C1

Авторы

Холхоев Бато Чингисович

Коркунова Ольга Сергеевна

Бурдуковский Виталий Федорович

Даты

2023-02-15Публикация

2021-11-29Подача