[发明专利]一种光固化3D打印用抗冻导电水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光固化3D打印用抗冻导电水凝胶及其制备方法，按质量百分比组份包括：丙烯酰胺10‑40％，交联剂0.1‑10％，蒸馏水30‑80％，低冰点介质10‑70％、金属盐2‑40％，纳米无机粒子0.5‑8％，光引发剂0.5‑4％，光吸收剂0.01‑2％。本光固化3D打印用抗冻导电水凝胶中的低冰点介质与水可以产生强大的氢键作用，使水稳定地固定在水凝胶三维网络中，不易被冷冻结冰；金属盐的赋予水凝胶的导电性的同时，进一步提高水凝胶的抗冻性能；此外，纳米无机粒子可以提高水凝胶的强度。该水凝胶制备方法简单，经光固化3D打印技术制造，在低温柔性传感器、低温电容器等领域具有巨大的应用前景，同时也可以应用在极端温度下生物信号的采集。

技术领域

本发明涉及3D打印材料领域，尤其涉及一种光固化3D打印用抗冻导电水凝胶及其制备方法。

背景技术

光固化3D打印，是一种以数字模型文件为基础，通过光源对液态材料选择性照射实现液态材料的选择性固化，经过逐层叠加后形成三维结构。光固化3D打印材料主要有液态光敏树脂、水凝胶等，在一定程度上拓宽了光固化3D打印的应用范围。

水凝胶是一种亲水性的三维网状高分子聚合物，可以吸收大量水能够保持三维网络结构的软物质。依托水凝胶基体构建的导电水凝胶，可以将应变、力、温度等刺激信号转变为电信号输出，是一种经广泛关注的柔性电子材料，在生物医学领域、软驱动器、传感器、电子皮肤等方面具有广泛的应用。为了满足这些应用，水凝胶应具有良好的导电性，然而在零下以及极端温度环境下，导电水凝胶中水的结冰会导致水凝胶失去导电性，并且机械性能严重下降，这大大限制了水凝胶的应用范围。因此，设计一个可光固化3D打印抗冻导电水凝胶具有重要的应用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种光固化3D打印用抗冻导电水凝胶及其制备方法，本光固化3D打印用抗冻导电水凝胶中的低冰点介质与水可以产生强大的氢键作用，使水稳定地固定在水凝胶三维网络中，不易被冷冻结冰；金属盐的赋予水凝胶的导电性的同时，进一步提高水凝胶的抗冻性能。

一种光固化3D打印用抗冻导电水凝胶，按质量百分比组份包括：

优选地，所述交联剂为聚乙二醇丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、N，N-亚甲基双丙烯酰胺的至少一种。

优选地，所述低冰点介质为乙醇、乙二醇、丙三醇的至少一种。

优选地，所述金属盐分为氯化锂、氯化钠、氯化钾的至少一种。

优选地，所述纳米无机粒子为纳米二氧化硅、纳米羟基磷灰石、纳米三氧化二铝、纳米氧化镁、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土的至少一种。

优选地，所述纳米无机粒子的粒径为5-200nm。

优选地，所述光引发剂为(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、(2,4,6-三甲基苯甲酰基)膦酸乙酯、二苯甲酮、异丙基硫杂蒽酮、2，4-二甲基硫杂蒽酮、4-对甲苯巯基二苯甲酮、安息香二甲醚、二芳基碘鎓盐的至少一种。

优选地，所述光吸收剂为紫外光吸收剂UV-327、紫外光吸收剂UV-P、荧光增白剂OB、苏丹红I、罗丹明B、曙红Y的至少一种。

一种光固化3D打印用抗冻导电水凝胶的制备方法，方法包括：

a.称取一定质量的金属盐于蒸馏水中，在室温下搅拌20-50min,然后向上述溶液中加入一定质量的低冰点介质，置于超声机中超声波处理，得到均一的混合溶液；再向上述溶液中加入一定质量的丙烯酰胺、交联剂、光引发剂、光吸收剂，放在水浴锅中在温度30-50℃下继续搅拌25-70min至完全溶解，冷却至室温后，加入纳米无机填料，溶液放置超声机中超声10-40min，再抽真空至溶液中无气泡后，在黑暗中静置3-5h得到均匀的混合溶液；