一种水凝胶墨水、一种直书写3D打印离子型导电水凝胶制造技术

本发明专利技术提供了一种水凝胶墨水、一种直书写3D打印离子型导电水凝胶，属于水凝胶技术领域。本申请提供的墨水包括以下质量百分含量的组分：聚乙烯醇5～12％；壳聚糖3～18％；丙烯酰胺11～20％；光引发剂0.1～0.5％；交联剂0.001～0.01％；水60～80％。聚乙烯醇与壳聚糖为长链型分子，能够发生缠绕，构成物理交联网络，使墨水具有适合于直书写3D打印的流变和触变性能，能够顺利的从喷头挤出，挤出后能够保持良好的宏观结构特征，不会发生结构变形和塌陷；丙烯酰胺具有碳碳双键基团，在加入光引发剂和交联剂后具有优异的光固化性能，经3D打印、紫外光固化后，构成化学交联网络，能够提高水凝胶机械强度和抗疲劳性能。

【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶墨水、一种直书写3D打印离子型导电水凝胶
本专利技术涉及水凝胶
，特别涉及一种水凝胶墨水、一种直书写3D打印离子型导电水凝胶。
技术介绍
水凝胶是一种具有高含水量以及三维网络结构的聚合物，是普遍存在于生活中的基础材料。通过调节聚合物种类，组成以及聚合条件，可以赋予水凝多功能性，譬如透明、可拉伸性、导电性等。基于导电水凝胶的传感器具有延展性、柔软性和生物相容性，有望成为下一代可穿戴器件的优选材料。根据传递的电学信号的类别不同，导电水凝胶可分为电子型导电水凝胶和离子型导电水凝胶。离子型导电水凝胶可以通过带电离子传输电信号，其含水环境能够使载体和游离离子快速扩散，具有更为优异的导电率。然而大多数离子导电水凝胶的机械性能不理想，例如Wu等人利用聚丙烯酸和藻酸盐链交联形成无定形碳酸钙来制备离子型皮肤传感器。柔性可自我修复的电容式传感器可以感应细微的压力，例如小水滴，但是其机械拉伸强度不超过10kPa(AdvancedMaterials,2017,29,1700321)；Yang等人制备了锂离子/琼脂/聚丙烯酰胺离子型水凝胶作为双重传感器，包括温度传感和应变传感，这种离子型水凝胶在柔性电子产品中显示出巨大的应用潜力，但其机械性能仍然不能满足实际使用的其他要求(ACSAppliedMaterials&Interfaces,2019,11,16765)，这将阻碍其实际应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种水凝胶墨水、一种直书写3D打印离子型导电水凝胶。本专利技术提供的水凝胶墨水制备得到的离子型导电水凝胶具有良好的机械性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种水凝胶墨水，包括以下质量百分含量的组分：优选的，所述聚乙烯醇的数均分子量为89000～90000。优选的，所述壳聚糖的脱乙酰度≥90％。优选的，所述光引发剂为α-酮戊二酸、Irgacure2959、819-DW和Omnirad500中的一种或几种；所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙稀酰胺、戊二醛和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或几种。本专利技术提供了一种直书写3D打印离子型导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)使用上述水凝胶墨水进行3D打印，得到三维水凝胶；(2)对所述三维水凝胶进行紫外光固化，得到光固化三维水凝胶；(3)使用Na2B4O7水溶液对所述光固化三维水凝胶进行浸渍，固液分离后得到直书写3D打印离子型导电水凝胶。优选的，所述步骤(1)中3D打印时墨水的挤出流量为0.1～1mL/min，3D打印所用挤出喷头的移动速度为1～10mm/s。优选的，所述步骤(2)中紫外光固化的紫外光波长为305～405nm，紫外光固化的时间为10～50min。优选的，所述步骤(3)中Na2B4O7水溶液的摩尔浓度为0.01～0.1mol/L，所述浸渍的时间为10～60min。本专利技术提供了上述制备方法制备得到的直书写3D打印离子型导电水凝胶，所述直书写3D打印离子型导电水凝胶的拉伸强度为200～800kPa，断裂伸长率为100～300％。本专利技术提供了上述直书写3D打印离子型导电水凝胶在水凝胶传感器中的应用。本专利技术提供了一种水凝胶墨水，包括以下质量百分含量的组分：聚乙烯醇5～12％；壳聚糖3～18％；丙烯酰胺11～20％；光引发剂0.1～0.5％；交联剂0.001～0.01％；水60～80％。在本专利技术中，聚乙烯醇与壳聚糖为长链型分子，它们的分子链能够发生缠绕，构成物理交联网络，使墨水具有适合于直书写3D打印的流变和触变性能，能够顺利的从喷头挤出，挤出后能够保持良好的宏观结构特征，不会发生结构变形和塌陷；丙烯酰胺具有碳碳双键基团，与光引发剂和交联剂复配后具有优异的光固化性能，经3D打印、紫外光固化后，能够发生交联，构成化学交联网络，能够提高水凝胶机械强度和抗疲劳性能，同时赋予水凝胶良好的弹性。本专利技术提供了一种直书写3D打印离子型导电水凝胶的制备方法，本专利技术使用上述水凝胶墨水进行3D打印和紫外光固化，能够得到具有双网络的光固化三维水凝胶；光固化三维水凝胶浸渍于Na2B4O7水溶液的过程中，硼酸根离子与聚乙烯醇的-OH基团通过氢键连接，提高离子型导电水凝胶的导电性，且四官能度的硼酸根离子与-OH之间的氢键可以容易地断裂和重整，赋予水凝胶良好的自愈合性能，经切割-复原后水凝胶的导电性能能够恢复如初。附图说明图1为实施例1直书写3D打印离子型导电水凝胶的实物图；图2为实施例1所得水凝胶墨水的粘度随剪切速率变化曲线；图3为实施例1所得水凝胶墨水的模量随剪切应力的变化曲线；图4为实施例1～3所得直书写3D打印离子型导电水凝胶的应力-应变曲线；图5为实施例3所得直书写3D打印离子型导电水凝胶多次循环压缩加载-卸载的应力-应变曲线；图6为实施例3所得直书写3D打印离子型导电水凝胶切割愈合过程电阻值随时间的变化曲线；图7为本专利技术离子型导电水凝胶作为传感器监测人体呼吸的结果。具体实施方式本专利技术提供了一种水凝胶墨水，包括以下质量百分含量的组分：以质量百分含量计，本专利技术提供的水凝胶墨水包括5～12％的聚乙烯醇，优选为6～10％，更优选为8％。在本专利技术中，所述聚乙烯醇的数均分子量优选为89000～90000，更优选为89500。本专利技术对所述聚乙烯醇的来源没有特殊的要求，使用本领域常规市售的聚乙烯醇即可。以质量百分含量计，本专利技术提供的水凝胶墨水包括3～18％的壳聚糖，优选为9～14％。在本专利技术中，所述壳聚糖的脱乙酰度优选≥90％，更优选为92～95％。在本专利技术中，所述壳聚糖为质量浓度为1％的水溶液中，其粘度优选为30～100mPa·s，更优选为50～80mPa·s。本专利技术对所述壳聚糖的来源没有特殊的要求，使用本领域常规市售的壳聚糖即可。以质量百分含量计，本专利技术提供的水凝胶墨水包括11～20％的丙烯酰胺，优选为12～17％，更优选为15％。本专利技术对所述丙烯酰胺的来源没有特殊的要求，使用本领域常规市售的丙烯酰胺即可。以质量百分含量计，本专利技术提供的水凝胶墨水包括0.1～0.5％的光引发剂，优选为0.2～0.4％，更优选为0.3％。在本专利技术中，所述光引发剂优选为α-酮戊二酸、Irgacure2959、819-DW、Omnirad500中的一种或几种。以质量百分含量计，本专利技术提供的水凝胶墨水包括0.001～0.01％的交联剂，优选为0.002～0.005％，更优选为0.003％。在本专利技术中，所述交联剂优选为N,N'-亚甲基双丙稀酰胺、戊二醛、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或几种。以质量百分含量计，本专利技术提供的水凝胶墨水包括60～80％的水，优选为65～75％，更优选为70％。在本专利技术中，所述水优选为去离子水。在本专利技术中，所述水凝胶墨水前躯体表现出优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水凝胶墨水，包括以下质量百分含量的组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶墨水，包括以下质量百分含量的组分：





2.根据权利要求1所述的水凝胶墨水，其特征在于，所述聚乙烯醇的数均分子量为89000～90000。


3.根据权利要求1所述的水凝胶墨水，其特征在于，所述壳聚糖的脱乙酰度≥90％。


4.根据权利要求1所述的水凝胶墨水，其特征在于，所述光引发剂为α-酮戊二酸、Irgacure2959、819-DW和Omnirad500中的一种或几种；
所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙稀酰胺、戊二醛和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或几种。


5.一种直书写3D打印离子型导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)使用权利要求1～4任意一项所述水凝胶墨水进行3D打印，得到三维水凝胶；
(2)对所述三维水凝胶进行紫外光固化，得到光固化三维水凝胶；
(3)使用Na2B4O7水溶液对所述光固化三维水凝胶进行浸渍，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓龙，张晓琴，麻拴红，姬忠莹，郭玉雄，周峰，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62