[发明专利]一种光固化3D打印水凝胶用光敏树脂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种光固化3D打印水凝胶用光敏树脂及其制备方法，本发明通过制备微乳液的方法制备了3D打印水凝胶用光敏树脂，可以直接采用油溶性的光引发剂，解决了目前水溶性光引发剂光引发效率低的问题，经光固化3D打印得到水凝胶。该光敏树脂，其原料中各组分的质量份数为：水性聚氨酯(甲基)丙烯酸酯乳液10～80份，水性光固化单体10～80份，盐1～30份，光引发剂0.1～5份和光吸收剂0.001～1份。本发明的光敏树脂通过3D打印制备了高强度、高断裂伸长率、高导电的水凝胶。

技术领域

本发明属于智能高分子材料领域，具体涉及一种光固化3D打印水凝胶用光敏树脂及其制备方法和应用。

背景技术

由于水凝胶具有出色的生物相容性以及与人体组织相似的机械性能，因此水凝胶在组织工程支架、软体机器、人工组织等领域具有潜在应用价值。尤其是当水凝胶中引入电解质盐时，离子在水介质中可以快速的扩散因此其具有非常高的导电率。最近，科研人员针对导电水凝胶在可穿戴电子设备、人体健康监测以及人工智能等领域的应用做了大量的相关研究。传统的柔性传感器主要通过将导电的粒子(如银粉、碳纳米管、石墨烯等)添加到绝缘的橡胶材料中(如有机硅橡胶、聚氨酯弹性体等)制备。水凝胶传感器与之相比具有高透明度、高拉伸性能等优势，而且由于导电介质水的连续性，水凝胶传感器具有非常低的滞后效应。

目前，3D打印已经广泛应用于很多领域。在水凝胶方面，3D打印在制备具有复杂结构的人体组织、组织工程支架、柔性传感器方面具有明显的优势。直写3D打印(direct inkwriting，DIW)是目前水凝胶中应用最多的一种3D打印技术。这种打印方式可以方便地通过添加纳米材料和高分子量的聚合物调节打印树脂的流变性能。但是，这种打印技术的精度决定于打印挤出头的尺寸，一般在100微米以上。基于光聚合反应的3D打印，如数字投影技术(digital light processing，DLP)在打印精度和打印效率上具有明显的优势。用于水凝胶光固化3D打印的墨水主要为单体、齐聚物、光引发剂及其他助剂的水溶液。通常油溶性光引发剂无法在水溶液中溶解，而常见的水溶性光引发剂Irgacure 2959在商业打印机最常使用的405nm的光下引发效率非常低，无法实现光固化打印。因此，缺少高引发效率的水溶性光引发剂是制约光固化3D打印水凝胶发展的最大的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光固化3D打印水凝胶用光敏树脂及其制备方法，本发明通过制备微乳液的方法制备了3D打印水凝胶用光敏树脂，可以直接采用油溶性的光引发剂，解决了目前水溶性光引发剂光引发效率低的问题，经光固化3D打印得到水凝胶。

本发明所提供的光敏树脂，其原料中各组分的质量份数为：水性聚氨酯(甲基)丙烯酸酯乳液10～80份，水性光固化单体10～80份，盐1～30份，光引发剂0.1～5份和光吸收剂0.001～1份。

优选的，所述光敏树脂，其原料中各组分的质量份数为：水性聚氨酯(甲基)丙烯酸酯乳液60～80份，水性光固化单体5～20份，盐5～20份，光引发剂0.5～2份和光吸收剂0.01～0.05份。

根据本发明的一个实施方案，所述光敏树脂的原料中各组分的质量份数为：水性聚氨酯(甲基)丙烯酸酯乳液-1 70份、N-异丙基丙烯酰胺10份、甲基丙烯酸9份、氯化钠10份、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦1份、苏丹红I 0.03份。

根据本发明的一个实施方案，所述光敏树脂的原料中各组分的质量份数为：水性聚氨酯(甲基)丙烯酸酯乳液-2 75份、丙烯酰胺9份、氯化钠14.5份、(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦1.5份、罗丹明B 0.03份。

根据本发明的一个实施方案，所述光敏树脂的原料中各组分的质量份数为：水性聚氨酯(甲基)丙烯酸酯乳液-3 70份、N-异丙基丙烯酰胺11份、甲基丙烯酸10份、氯化钠8份、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦1份、苏丹红I 0.01份。