[发明专利]一种高强度立体化中空水凝胶结构体的制备方法

摘要

本发明公开了一种高强度立体化水凝胶结构体的制备方法，该方法包括：根据水凝胶结构体的特征需求设计相应的的实体单元模型；将金属催化剂混合到热塑性聚合物或者光固化型树脂材料中；通过3D打印机，打印出三维立体化的含金属催化剂聚合物结构体；将聚合物结构体浸入到水凝胶单体溶液中进行表面引发聚合，聚合物结构体表面便可原位生长出厚度可调控的水凝胶薄膜；将生长了凝胶层的聚合物结构体浸入到离子溶液中进行网络强度增强；除去聚合物结构体便可得到与设计模型一样的高强度立体化中空水凝胶结构体。本发明通过计算机软件建模，依靠高精度3D打印技术平台，可制备得到任意形状、尺寸的立体化中空水凝胶结构体材料。

主权项

1.一种高强度立体化中空水凝胶结构体的制备方法，包括以下步骤：

1）根据所需中空水凝胶结构体的特征需求，通过CAD或Simens NX UG制图软件，构建与所需中空水凝胶结构体相符的三维实体模型，并以STL格式导出；

2）将热塑性聚合物和金属催化剂加入到有机溶剂中搅拌溶解，通过热固法制备得到含金属催化剂的聚合物复合材料，然后将复合材料粉碎成颗粒，通过螺杆挤出成型技术制备得到复合材料的线材，利用挤出型3D打印机将线材变为与STL文件模型一致的三维聚合物复合材料结构体；

或者将金属催化剂加入到光固化型树脂溶液中搅拌，混合均匀后，通过DLP光固化3D打印机，制备得到与STL文件模型一致的三维聚合物复合材料结构体；

3）将三维聚合物复合材料结构体浸入水凝胶单体溶液中，采用表面引发水凝胶聚合技术在结构体表面原位生长出水凝胶层；

 4）将生长了水凝胶层的三维聚合物复合材料结构体浸入到离子溶液中进行水凝胶网络强度增强，浸泡后取出，除去三维聚合物复合材料结构体，即得立体化的高强度中空水凝胶结构体材料。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述金属催化剂在三维聚合物复合材料结构体中所占的质量分数为5%~30%。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述热塑性聚合物为聚乳酸、丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯塑料、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龙、聚氨酯、橡胶中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述光固化型树脂为丙烯酸型、聚氨酯型、硅油型中的一种或多种的混合物。

5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述金属催化剂为铜粉、银粉、铁粉、锰粉、铬粉及锌粉中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述水凝胶单体溶液所包含的组分及各组分的重量百分比为：单体1‑20%、引发剂0.1‑1%、交联剂0.03‑1%，其余为去离子水。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述单体为（甲基）丙烯酸、丙烯酰胺、（甲基）丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸聚氧乙烯酯、N‑异丙基丙烯酰胺的一种或多种；所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵；所述交联剂为N,N'‑亚甲基双丙烯酰胺或（聚）乙二醇二（甲基）丙烯酸酯。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤3）中所述聚合的温度为 ‑10 ℃～30 ℃，时间为1 min～2 h。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述离子溶液为氯化铁或氯化钙的水溶液，其质量浓度为0.03%~3%。

10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤4）中所述浸泡时间为5 min~48 h。