一种有机硅材料及其制备方法和其应用于3d打印的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种有机硅材料，尤其涉及一种有机硅材料及其制备方法和其应用于 3D打印的方法。
【背景技术】
[0002] 3D打印技术又称增材制造技术，涉及材料成型加工、自动化控制、计算机建模、材 料学等多个学科。3D打印技术不需要复杂的加工设备及工艺便可以快速制造出结构复杂的 产品，解决传统工艺加工难度大的局限，可以大大降低人工成本及生产周期。特别在新产品 开发时，使用3D打印技术可以大大缩短研发周期并降低研发成本。因此，3D打印技术的应 用越来越广泛。目前业内对3D打印的设备及控制系统研究得比较深入，而对于材料的研究 相对较少。3D打印材料主要包括金属材料、无机非金属材料和高分子材料。
[0003] 现有技术中通常采用的高分子材料有聚氨酯丙烯酸酯、氧丙烯酸酯、不饱和聚酯 等。这类材料自身的特性使其普遍存在耐高低温性能差、柔软性差、耐侯性差等缺点。不适 用于制作需要长期在恶劣环境中使用的工件。同时由于生物相容性较差，也不适用于制作 人造器官或人体植入件。
【发明内容】
[0004] 本发明的首要目的是，提供一种耐用、生物相容性优异、无毒的有机硅材料。
[0005] 本发明的第二个目的是，提供一种所述有机硅材料的制备方法。
[0006] 本发明的第三个目的是，提供一种将所述有机硅材料应用于3D打印的方法。
[0007]为达到以上技术目的，本发明采用的技术方案如下：
[0008] 一种有机娃材料，其包括
[0009] 组分A:
[0010] 有机聚硅氧烷，80~200重量份；补强填料，20~60重量份；硅树脂，0~20重量 份；导热填料，50~80重量份；结构化控制剂，2~20重量份；反应催化剂，0. 05~0. 8重 量份；
[0011] 组分B:
[0012] 有机聚硅氧烷，80~200重量份；有机氢基聚硅氧烷，0. 5~10重量份；补强填料， 20~60重量份；硅树脂，0~20重量份；导热填料，50~80重量份；结构化控制剂，2~20 重量份；反应抑制剂，〇. 05~0. 4重量份；
[0013] 其中，所述组分A和组分B的重量比为1 :1。
[0014] 优选地，所述有机聚硅氧烷具有以下分子结构：
[0015]
[0016] 其中，a= 400~1500,b= 0~80 ;其中，R1为C2~C4链烯基，R2为Cl~C6 烷基或C2~C4链烯基。
[0017] 优选地，所述补强填料为二氧化硅，其比表面积为100~350m2/g，堆积密度为 40~200kg/m3。所述二氧化娃为气相法二氧化娃、沉淀法二氧化娃、疏水化处理的气相法 二氧化硅和疏水化处理的沉淀法二氧化硅中的一种或两种及以上的组合。
[0018] 优选地，所述硅树脂具有以下分子结构：
[0019] [(CH3)3Si01/2]e[(CH2=CH)(CH3)2Si01/2]f [Si04/2]g
[0020] 其中，e= 0· 2 ~0· 6,f= 0· 1 ~0· 4,g= 1。
[0021] 优选地，所述的导热填料为氧化铝、氧化锌或碳化硅中的一种或两种及以上的组 合。
[0022] 优选地，所述结构化控制剂包括六甲基二硅氮烷、甲基三硅氮烷、四甲基二乙烯基 二硅氮烷、三甲基氯硅烷、三甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷和聚二甲基硅氧烷中的一种或两 种及以上的组合。
[0023] 优选地，所述反应催化剂为铂类催化剂、钯类催化剂和铑类催化剂中的一种。其 中，所述铂类催化剂包括铂黑、四氯化铂、氯铂酸、氯铂酸与羟基醇的反应产物之一，或氯铂 酸与烯烃的络合物，或二乙酰醋酸铂。
[0024]
[0025] 优选地，所述有机氢基聚硅氧烷具有以下分子结构：
[0026] 其中，c= 6~60,d= 10~130,R3和R4分别是甲基或氢基。
[0027] 优选地，所述反应抑制剂为1-乙炔基-1-环己醇、甲基丁炔醇、3, 5-二甲基-1-己 炔基-3-醇中的一种或两种及以上的组合。
[0028] -种如前所述的有机硅材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0029] (1)制备前所述的有机硅材料的组分A:
[0030] a)将所述属于组分A的有机聚硅氧烷、补强填料、硅树脂、导热填料和结构化控制 剂混合均匀为第一混合物；
[0031] b)将所述第一混合物进行真空处理；
[0032] c)将所述已真空处理的第一混合物进行第一阶段冷却，然后加入所述反应催化剂 继续混合成为第二混合物；
[0033] d)将所述第二混合物进行第二阶段冷却，得所述组分A;
[0034] (2)制备前所述的有机硅材料的组分B:
[0035]a)将所述属于组分B的部分有机聚硅氧烷、补强填料、硅树脂、导热填料和结构化 控制剂混合均匀为第三混合物；
[0036] b)将所述第三混合物进行真空处理；
[0037]c)将所述已真空处理的第三混合物进行第一阶段冷却，然后加入剩余的所述有机 氢基聚硅氧烷和反应抑制剂继续混合成为第四混合物；
[0038] d)将所述第四混合物进行第二阶段冷却，得所述组分B。
[0039] (3)将所述组分A和组分B混合。
[0040] 具体地，所述第一混合物和第三混合物的混合时间为1~3小时。
[0041] 进一步地，所述第一混合物和第三混合物真空处理的温度为120~180°C，处理压 强为-〇· 05~-0·IMpa，处理时间为1~5小时。
[0042] 进一步地，所述第一阶段冷却至25~65°C。
[0043] 进一步地，形成所述第三混合物或第四混合物的混合时间为1~3小时。
[0044] 进一步地，所述第二阶段冷却至室温。
[0045] -种应用如前所述的有机硅材料进行3D打印的方法，其包括以下步骤：
[0046] (4)用计算机分析得出被打印物体的截面信息；
[0047] (5)将所述截面信息导入包括主控制器、打印喷头和打印控制平台的打印设备 中；
[0048](6)所述主控制器将所述有机硅材料作为打印材料通过所述打印喷头送出到打印 控制平台中，并且根据所述截面信息控制所述打印喷头的移动轨迹。
[0049] 进一步地，所述打印材料采用如前所述的有机硅材料的制备方法制得。
[0050] 优选地，所述有机硅材料的组分A和组分B按重量比1:1经过静态混合器混合均 匀后送入打印喷头。
[0051] 更优地，所述打印控制平台在送入所述打印材料前需要预热。所述打印控制平台 的预热温度为80~150 °C。
[0052] 与现有技术相比较，本发明具有如下优势：
[0053] (1)本发明提供的有机硅材料，与其他高分子材料相比较，特别是聚氨酯丙烯酸 酯、氧丙烯酸酯、不饱和聚酯等，固化后线性收缩率小，耐高温耐低温，柔软性好，耐候性优 异，并且生物相容性优异，安全无毒，这种性能将该有机硅材料用于制作需要长期在恶劣环 境中使用的工件，特别适用于制作人造器官、人体假肢及人体植入件；
[0054] (2)本发明提供的有机硅材料，其双组分在常温下是液态的，将这双组分进行混合 前可以省去对原材料的加热熔融设备，节省了使用成本；
[0055] (3)本发明提供的3D打印的方法，利用该有机硅材料作为打印材料，拓宽了现有 3D打印材料的可选择范围，并且可以利用该有机硅材料的特性，生产前述的工件、人造器 官、人体假肢和人体植入件。
【具体实施方式】
[0056] 以下结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
[0057] 实施例一：
[0058] 在1号真空行星搅拌机中，加入80重量份的有机聚硅氧烧，30重量份的疏水化处 理的气相法二氧化硅（BET法比表面积为100m2/g，堆积密度为80kg/m3)，50重量份氧化铝， 2重量份六甲基二硅氮烷，高速混合1小时；然后加热升温至120°C真空处理1小时，真空度 控制在一 0. 〇5MPa~一 0.IMPa范围；将胶料冷却至25°C，加入0. 05重量份的氯铂酸溶液， 高速混合1小时；经三辊研磨、冷却至室温，即得组分A。
[0059] 在2号真空行星搅拌机中，加入80重量份有机聚硅氧烷，30重量份的疏水化处理 的气相法二氧化硅（BET法比表面积为100m2/g，堆积密度为80kg/m3)，50重量份氧化铝，2 重量份六甲基