【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光固化3d打印抗干燥导电凝胶材料及其制备方法和应用，属于凝胶材料和3d打印材料领域。
技术介绍
1、由于软材料具有低模量、柔软可变形的特性，在生物医学、柔性传感、软机器人等领域中表现出了巨大的应用前景。水凝胶作为软材料中的一种，不仅模量与人类皮肤相近、透明度高、粘附性动态可调，而且还可以通过引入导电离子赋予凝胶导电性，可以轻松地将外部刺激转换为电信号，这使得它们成为了用于组织工程、光学器件、生物医学、致动器等领域的热门材料。
2、与传统的材料相比，水凝胶已经在多个方面显示出其独特的优势，如可控的导电性、高拉伸性、优异的生物相容性以及可靠的信号稳定性。然而，基于水凝胶的应用仍然存在一些挑战。水凝胶的使用寿命通常较短，在常温下极易失水，从而导致凝胶的结构收缩、变硬、电学稳定性变差甚至失去导电性。为了解决这一问题，乙二醇、甘油、离子液体、低共熔溶剂等有机溶液开始被引入凝胶体系。由于它们具有较高的沸点，所以被用来替代水作为溶剂，以制备较为稳定的凝胶。但是这几种溶剂的分子量较小，使得凝胶在高温环境（35℃以上）下使用时依旧存在溶剂蒸发以及泄漏的问题，进而导致凝胶快速干燥。
3、目前，凝胶的成型方法有许多种，常见的方法为化学浇注和挤出式3d打印。虽然这些成型方法可以为凝胶成型提供良好的稳定性，但由于它们无法制备具有复杂结构的凝胶，大大限制了凝胶在多个领域的应用与发展。在各种3d打印技术中，数字光处理（dlp）3d打印技术和选择性区域透光（lcd）3d技术因其高打印速率和高打印分辨率引起了人们的广泛关
4、因此，制备可光固化3d打印、同时具有高温抗干燥性能的离子导电凝胶是目前面临的一大难题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种光固化3d打印抗干燥导电凝胶材料及其制备方法和应用，解决了现有的光固化3d打印凝胶在高温下易干燥且弹性差的问题，并且兼顾良好的导电性和机械性能。
2、本专利技术提供的凝胶材料具有良好的抗干燥性，这种凝胶在室内长时间放置不会出现溶剂丢失和结构变形现象。本专利技术通过将聚乙二醇和强配位键引入共价聚合物网络中，利用非共价键与共价键的协同作用，构建了一种抗干燥、可光固化3d打印的凝胶。该凝胶以丙烯酸（aa）等不饱和聚合物为单体，聚乙二醇（peg）为溶剂，添加锆离子为凝胶提供强配位作用、锌离子作为导电离子赋予凝胶导电性。在405nm的紫外光照射下，通过自由基聚合形成具有强配位键的有机凝胶网络结构。这种凝胶网络展现出优异的抗干燥性、高弹性以及可打印性。
3、本专利技术提供了一种光固化3d打印抗干燥导电凝胶材料，由以下质量份数的组分制备而成：
4、不饱和聚合物单体：40~60份
5、溶剂：40~60份
6、锆盐：0.25~1份
7、锌盐：0~14份
8、光引发剂：0.5~2份
9、光吸收剂：0~0.03份
10、所述光吸收剂是根据3d打印机器进行调整的，一般的lcd打印机不需要添加光吸收剂，dlp打印机需要添加。
11、所述的不饱和聚合物单体的其中一种为丙烯酸，另一种单体为n-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、n-乙烯吡咯烷酮中的一种；所提供的不饱和聚合物单体丙烯酸与另一种单体的质量比为1:4~4:1。
12、所述溶剂为聚乙二醇，聚乙二醇的分子量为200～600；所提供的两种不饱和聚合物单体与聚乙二醇的质量比为4:6~6:4。
13、所述的锆盐为氧氯化锆、乙酰丙酮锆中的一种；所述的锌盐为三氟甲烷磺酸锌、双（三氟甲烷磺酰基）酰亚胺锌中的一种。
14、所述的光引发剂为二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷、苯基双(2,4.6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的一种。光吸收剂为柠檬黄、苏丹红i、苏丹红ⅳ中的一种。
15、本专利技术提供了上述光固化3d打印抗干燥导电凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
16、（1）首先将两种不饱和聚合物单体混合，再将锆盐添加到混合的不饱和聚合物单体中，加热搅拌至均匀分散，得到含盐的单体溶液；锆盐与不饱和聚合物单体之间的质量比为0.25～1:40～60；
17、（2）将锌盐溶于聚乙二醇中，加热搅拌至透明澄清，得到含盐的聚乙二醇溶液；锌盐与聚乙二醇的质量比为0～14:40～60；
18、（3）将步骤（1）和步骤（2）制得的溶液以质量比为40.25～61:40～74混合，在常温下充分搅拌，得到凝胶溶液；
19、（4）向步骤（3）制得的凝胶溶液中依次加入光引发剂，常温搅拌至均匀无沉淀，得到3d打印凝胶墨水；如果使用dlp打印机时，还需要向凝胶溶液中添加光吸收剂；
20、（5）使用切片软件将stl格式三维模型进行切片处理，将步骤（4）制得的凝胶墨水倒入光固化3d打印机的料槽中进行打印；
21、（6）将步骤（5）打印完成后的凝胶使用乙醇超声清洗，然后放置在固化箱中进行第二次固化，即可得到光固化3d打印抗干燥导电凝胶。
22、上述制备方法中，步骤（1）和步骤（2）中所述的加热温度为40～70℃。
23、步骤（1）～（4）中的搅拌转速为600～1200 r/min。
24、步骤（5）中所述的切片层厚为0.03～0.1mm，单层固化时间为3～6s。
25、步骤（6）中所述的超声清洗时间为5～10min，二次固化时间为10～30min。
26、本专利技术提供了上述光固化3d打印抗干燥凝胶在制作软材料中的应用，所述软材料包括柔性导电材料、软组织术前模型、手办模型等。
27、本专利技术的有益效果：
28、（1）本专利技术提供的光固化3d打印抗干燥导电凝胶，使用具有高蒸气压的液态聚乙二醇替代水作溶剂，抗干燥效果优异，可稳定地应用于柔性传感、生物医学、软机器人、手办模型等领域。
29、（2）本专利技术提供的抗干燥导电凝胶与市面上的光固化3d打印机具有良好的适配性，可用于各种dlp和lcd打印机，根据需求进行个性化定制。
30、（3）本专利技术提供的光固化3d打印抗干燥导电凝胶，其粘附性能、导电性以及机械性能均可调节，从而使其应用于多种场景。
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1.一种光固化3D打印抗干燥导电凝胶材料，其特征在于：由以下质量份数的组分制备而成：
2.根据权利要求1所述的光固化3D打印抗干燥导电凝胶材料，其特征在于：所述的不饱和聚合物单体包括两种，其中一种为丙烯酸，另一种单体为N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、N-乙烯吡咯烷酮中的一种；所提供的不饱和聚合物单体丙烯酸与另一种单体的质量比为1:4~4:1。
3.根据权利要求1所述的光固化3D打印抗干燥导电凝胶材料，其特征在于：所述溶剂为聚乙二醇，聚乙二醇的分子量为200～600；所提供的两种不饱和聚合物单体与聚乙二醇的质量比为4:6~6:4。
4.根据权利要求1所述的光固化3D打印抗干燥导电凝胶材料，其特征在于：所述的锆盐为氧氯化锆、乙酰丙酮锆中的一种；所述的锌盐为三氟甲烷磺酸锌、双（三氟甲烷磺酰基）酰亚胺锌中的一种。
5.根据权利要求1所述的光固化3D打印抗干燥导电凝胶材料，其特征在于：所述的光引发剂为二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷、苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的一种；光吸收剂为柠檬黄、苏丹红I、苏
6.一种权利要求1~5任一项所述的光固化3D打印抗干燥导电凝胶材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的光固化3D打印抗干燥导电凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，如果使用DLP 3D打印机时，还需要向凝胶溶液中添加光吸收剂。
8.根据权利要求6所述的光固化3D打印抗干燥导电凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）和步骤（2）中的加热温度为40～70℃；步骤（1）～（4）中的搅拌转速为600～1200 r/min。
9.根据权利要求6所述的光固化3D打印抗干燥导电凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的切片层厚为0.03～0.1mm，单层固化时间为3～6s；步骤（6）中所述的超声清洗时间为5～10min，二次固化时间为10～30min。
10.一种权利要求1~5任一项所述的光固化3D打印抗干燥导电凝胶材料在制作软材料中的应用，所述软材料包括柔性导电材料、软组织术前模型或手办模型。
...【技术特征摘要】
1.一种光固化3d打印抗干燥导电凝胶材料，其特征在于：由以下质量份数的组分制备而成：
2.根据权利要求1所述的光固化3d打印抗干燥导电凝胶材料，其特征在于：所述的不饱和聚合物单体包括两种，其中一种为丙烯酸，另一种单体为n-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、n-乙烯吡咯烷酮中的一种；所提供的不饱和聚合物单体丙烯酸与另一种单体的质量比为1:4~4:1。
3.根据权利要求1所述的光固化3d打印抗干燥导电凝胶材料，其特征在于：所述溶剂为聚乙二醇，聚乙二醇的分子量为200～600；所提供的两种不饱和聚合物单体与聚乙二醇的质量比为4:6~6:4。
4.根据权利要求1所述的光固化3d打印抗干燥导电凝胶材料，其特征在于：所述的锆盐为氧氯化锆、乙酰丙酮锆中的一种；所述的锌盐为三氟甲烷磺酸锌、双（三氟甲烷磺酰基）酰亚胺锌中的一种。
5.根据权利要求1所述的光固化3d打印抗干燥导电凝胶材料，其特征在于：所述的光引发剂为二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷、苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓波，秦国庆，戎有杰，王慧洁，赵壮，崔朋迪，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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