[发明专利]一种可3D打印的聚氨酯/硅橡胶杂化材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚氨酯/硅橡胶杂化材料，它由乙烯基硅油、二氧化硅和微交联乙烯基封端的聚氨酯复合而成；所述乙烯基硅油、二氧化硅和微交联乙烯基封端的聚氨酯的质量比为：100:(30～40):(15～25)；所述微交联乙烯基封端的聚氨酯是乙烯基封端的聚氨酯在0.05～0.15MPa真空压力下，65～75℃反应20～30h制成。本发明通过将硅橡胶与特定结构和交联度的聚氨酯复合，成功调控了硅橡胶的流变性能，使其在兼具优异机械性能的同时，具有剪切变稀流变学特性，满足3D打印的条件，作为3D打印墨水具有很好应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种可3D打印的聚氨酯/硅橡胶杂化材料及其制备方法。

背景技术

增材制造(又称3D打印技术)因可实现计算机数字模拟三维结构的快速成型，可提高三维复杂构件的加工效率而受到关注。目前，不同的3D打印技术对打印材料均有不同的要求，以直书式3D打印(DIW)为例，打印材料必须满足剪切变稀的流变条件，且存在屈服剪切力使得在未达到屈服剪切力时，材料可维持刚度，具有“自支撑性”。因此，需针对特定增材技术开发适应其特殊技术指标的专用打印材料。

硅橡胶具有较低的玻璃化转变温度、耐低温也耐高温、隔水但透氧，表面能低、化学性质稳定、具有良好的生物相容性与电气稳定性，除在密封胶、消音降噪、耐高低温涂料等领域得到大量应用外，在可伸缩电子设备、药物递送、超疏水、种植体领域也具有重要应用价值。硅橡胶传统的加工方法主要有挤出、模压、注射等，不能实现复杂结构与私人订制构件的加工，通过3D打印技术不仅可以实现复杂结构的定制，还可节约材料。然而，目前市售的硅橡胶多为液体硅胶，大多不能满足3D打印条件。能满足加工条件的多为高粘度或非流动的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，其机械性能较差，经二氧化硅补强后，虽机械性能得以改善，但打印性能却下降，而且，优于PDMS年度高，流动性差，往往需要添加有机溶剂稀释，存在潜在毒性，且溶剂挥发后材料产生孔洞，还会影响打印产品的机械性能。

因此，如何在提升硅橡胶机械性能的同时，使其满足剪切变稀的流变条件，实现优异的可打印性能，亟待进一步研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具优异机械性能和可打印性能的硅橡胶杂化材料。

本发明提供了一种聚氨酯/硅橡胶杂化材料，它由乙烯基硅油、二氧化硅和微交联乙烯基封端的聚氨酯复合而成；所述乙烯基硅油、二氧化硅和微交联乙烯基封端的聚氨酯的质量比为：100:(30～40):(15～25)；

所述微交联乙烯基封端的聚氨酯是乙烯基封端的聚氨酯在0.05～0.15MPa真空压力下，65～75℃反应20～30h制成。

进一步地，上述乙烯基硅油是端基为乙烯基和/或侧链含有乙烯基的聚硅氧烷；优选为端乙烯基聚二甲基硅氧烷或端乙烯基聚甲基乙烯基硅氧烷。

进一步地，上述乙烯基封端的聚氨酯是乙烯基封端的聚硅氧烷聚氨酯，优选为乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷聚氨酯。

更进一步地，上述乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷聚氨酯由封端剂与羟基封端的聚二甲基硅氧烷、二异氰酸酯反应而成；所述封端剂为含有一个羟基或胺基，和至少一个乙烯基的化合物；

所述羟基封端的聚硅氧烷、二异氰酸酯、封端剂的摩尔比为：1:(1.05～2):(0.05～2)；

更进一步地，上述羟基封端的聚二甲基硅氧烷的数均分子量为900～5000；

和/或，所述二异氰酸酯为：二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、间苯二甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、氢化4,4-二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或任意组合的混合物；优选为氢化4,4-二苯甲烷二异氰酸酯；