[发明专利]一种温度驱动可编程4D打印智能材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种温度驱动可编程4D打印智能材料的制备方法，是基于模具成型的高效性，以N‑异丙基丙烯酰胺型温度智能水凝胶为主体材料，通过“一步法”原位自由基聚合制备出在空间维度具有温度响应各向异性的温度驱动4D打印智能变形材料，本发明所制备出的温度驱动4D打印智能变形材料除具有高界面结合强度之外，还具备可编程性、高响应速度、高力学强度、高变形复杂度和高实用性的特点，而且生产成本低，加工制造方便，适用范围广，为解决温度驱动4D打印智能变形材料的实际应用问题提供了一种行之有效的新方法。

主权项

1.一种温度驱动可编程4D打印智能材料的制备方法，其特征在于，本发明的技术方案是基于模具成型技术的高效性，以N‑异丙基丙烯酰胺型温度智能水凝胶为主体材料，通过调控材料配比，制备出一系列具有不同密度值的温度智能水凝胶材料，通过模具成型技术和密度差法，采用“一步法”原位自由基聚合制备出在空间维度具有温度响应各向异性的温度驱动可编程的4D打印智能材料，该型材料具有高响应速度、高力学强度、高变形复杂度和高实用性的特点；该型材料的制备步骤如下：一、高密度值4D智能温敏型水凝胶材料的制备a)高密度值4D智能温敏型水凝胶的原始材料的组成：以N‑异丙基丙烯酰胺作单体，XLG型合成硅酸镁锂作交联剂，过硫酸钾作引发剂，N,N,N’,N’‑四甲基乙二胺作催化剂，纳米木浆纤维素作增强相，单体、引发剂和催化剂之间的摩尔比为100:0.370:0.638；纳米木浆纤维素的浓度为3mg/mL～5mg/mL，交联剂质量分数为3wt.％～3.5wt.％；b)配料：按照a中所述的配料比称取原始材料，在冰水浴条件下将纳米木浆纤维素搅拌30～40分钟，随后超声处理10～15分钟；随后加入XLG型合成硅酸镁锂，搅拌60～65分钟；然后加入N‑异丙基丙烯酰胺并搅拌120～130分钟；最后依次加入过硫酸钾和N,N,N’,N’‑四甲基乙二胺，搅拌5～6分钟；c)将b中混合均匀后的材料注入组合模具中，刮平后将模具密封密封，并置于25℃～27℃环境下静置24～26小时成型；二、温度驱动可编程4D打印智能材料的合成a)低密度值4D智能温敏型水凝胶的原始材料的组成：以N‑异丙基丙烯酰胺作单体，XLG型合成硅酸镁锂作交联剂，过硫酸钾作引发剂，N,N,N’,N’‑四甲基乙二胺作催化剂，纳米木浆纤维素作增强相，单体、引发剂和催化剂之间的摩尔比为100:0.370:0.638；纳米木浆纤维素的浓度为0mg/mL～2mg/mL，交联剂质量分数为3wt.％～3.5wt.％；b)配料：按照a中所述的配料比称取原始材料，在冰水浴条件下将纳米木浆纤维素搅拌30～40分钟，随后超声处理10～15分钟；随后加入XLG型合成硅酸镁锂，搅拌60～65分钟；然后加入N‑异丙基丙烯酰胺并搅拌120～130分钟；最后依次加入过硫酸钾和N,N,N’,N’‑四甲基乙二胺，搅拌5～6分钟；c)将b中混合均匀后的低密度值4D智能温敏型水凝胶材料注入组合模具中，置于高密度值4D智能温敏型水凝胶的上方，刮平后将模具密封，并置于25℃～27℃环境下静置24～26小时成型，至此成功制备出了温度驱动可编程4D打印智能材料。