自由基型光敏树脂中所用到的低聚物需要具有不饱和双键基团,主要选用各种丙烯酸树脂,如强度大的环氧丙烯酸树脂、综合性能优良的聚氨酯丙烯酸树脂、柔韧性优异的聚酯丙烯酸树脂等。实际应用中最常见的是环氧丙烯酸树脂和聚氨酯丙烯酸树脂。
环氧丙烯酸树脂是目前全球应用范围最广泛,树脂消耗量最大的光固化预聚物,根据其结构的不同可将环氧丙烯酸树脂分为双酚A型环氧丙烯酸树脂、酚醛环氧丙烯酸酯、改性环氧丙烯酸树脂等不同类型。双酚A环氧丙烯酸树脂是将反应物双酚A环氧树脂与丙烯酸混合后在胺盐的催化剂作用下进行开环酯化制得。其消耗量在丙烯酸树脂用量中占比最大。
聚氨酯丙烯酸酯的用量仅次于环氧丙烯酸树脂,是自由基型光敏树脂又一重要的低聚物,其合成是由多异氰酸酯与二元醇及丙烯酸酯羟基酯反应制的。聚氨酯丙烯酸酯有较好的综合性能,但存在光固化速度不及环氧丙烯酸树脂,粘度较大,价格昂贵等缺点。
阳离子型光敏树脂选用的低聚物一般为具有环氧基团或者乙烯基醚基团的树脂,常见的低聚物有环氧树脂和乙烯基醚树脂。
环氧树脂是阳离子聚合的常见低聚物,双酚A型环氧树脂在阳离子固化过程中反应活性低,聚合速度慢,但具有力学强度高的优点。脂肪族环氧树脂具有粘度小,气味小,固化反应速度高的优点,但是力学强度不高。在制备光敏树脂时根据所需性能的要求可以多种环氧树脂配合使用。
乙烯基醚是另一大类用于阳离子光固化的低聚物或活性剂,它具有高活性、低粘度、与其他物质相容性好的优点。乙烯基醚通常与环氧类化合物配合使用。
低聚物在光敏树脂中占主体地位,选用合适的低聚物显得尤为关键。低聚物的选择通常考虑以下因素:
- 粘度为了降低光敏树脂的粘度,可选择粘度较低的低聚物,但通常低粘度意味着分子量会较低,固化后树脂的力学性能表现不佳。
- 光固化速度光固化快速成型技术要求光敏树脂具有快速固化的特点,因此低聚物应该具有良好的固化速度。通常官能度高的低聚物固化速度快,环氧丙烯酸酯和胺改性的低聚物因其官能度高其光固化速度相对较快。
- 力学性能光敏树脂固化后的力学性能主要由低聚物的性能来决定。一般官能度高、分子链中含有苯环的低聚物,固化后硬度高耐磨性好;分子结构含有脂肪族碳链的低聚物,固化后材料的韧性好。所以要根据光敏树脂的不同要求来选择相应的低聚物。
- 收缩率在光敏树脂聚合的过程中分子间的间距会发生改变,材料因此会产生收缩现象。收缩率的大小会影响对基体的附着力。应该选择官能度小的低聚物,以降低收缩率。
- 毒性3D打印制作的样品经常与人接触,应尽量选择毒性小,气味小,对皮肤刺激性小的低聚物。