[發(fā)明專利]一種3D打印水凝膠的制備方法及制備的水凝膠應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910030833.5
• 申請(qǐng)日: 2019-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111434698A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鎮(zhèn)武;陳靜;王榮;周揚(yáng);高國(guó)榮;付俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): C08F220/56
• 分類號(hào): C08F220/56;C08F220/54;C08F222/38;C08F220/06;C08F2/44;C08K3/34;C08L33/26;C08L79/02;B33Y10/00;B33Y70/10;G01B7/16
• 代理公司: 北京元周律知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540
• 代理人: 王惠

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種3D打印水凝膠的制備方法，其特征在于，包括：獲得含有納米黏土的凝膠預(yù)聚液，3D打印，聚合，得到3D打印水凝膠。制備得到的水凝膠為一種響應(yīng)性高強(qiáng)度3D打印導(dǎo)電水凝膠，用于柔性傳感器及可穿戴器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及一種響應(yīng)性高強(qiáng)度3D打印導(dǎo)電水凝膠及其制備方法，具體涉及一種采用納米黏土為增強(qiáng)體系與響應(yīng)性聚合物網(wǎng)絡(luò)得到復(fù)合凝膠，同時(shí)通過(guò)導(dǎo)電高分子摻雜制備得到響應(yīng)性高強(qiáng)度3D打印導(dǎo)電水凝膠的方法，屬于高分子水凝膠技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高分子水凝膠材料是一類內(nèi)部含有大量水的三維聚合物網(wǎng)絡(luò)。其中，導(dǎo)電水凝膠作為功能性凝膠的一種，由于其固有的柔性以及導(dǎo)電性在柔性傳感器、可穿戴器件等領(lǐng)域得到實(shí)際的應(yīng)用。但是，目前的基于導(dǎo)電凝膠的柔性電子器件都存在著制備繁瑣、多功能單元整合復(fù)雜的問(wèn)題，使得其在未來(lái)應(yīng)用中受到很大的限制。3D打印在材料的制造中提供許多優(yōu)點(diǎn)，包括高精度，低成本和結(jié)構(gòu)定制等，為導(dǎo)電凝膠電子器件的復(fù)雜制造提供可行性。目前，可打印的導(dǎo)電凝膠在機(jī)械性能和感應(yīng)性能上仍存在較大問(wèn)題，不滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。因此，該領(lǐng)域迫切需要具有應(yīng)變感應(yīng)的可打印高強(qiáng)度導(dǎo)電水凝膠。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種響應(yīng)性高強(qiáng)度3D打印導(dǎo)電水凝膠的制備方法。采用納米黏土形成離子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)用于增強(qiáng)凝膠，同時(shí)采用聚丙烯酰胺和功能性單體共聚得到黏土網(wǎng)絡(luò)與化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)互穿且緊密結(jié)合的高強(qiáng)度水凝膠，得到的凝膠進(jìn)一步通過(guò)導(dǎo)電聚合物摻雜得到高強(qiáng)度導(dǎo)電水凝膠。含有納米黏土的凝膠預(yù)聚液具備優(yōu)異的剪切變稀線性，且在聚合物網(wǎng)絡(luò)未成型之前已依靠自身的離子作用形成較強(qiáng)的無(wú)機(jī)凝膠可用于3D打印。通過(guò)3D打印技術(shù)，制備預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電水凝膠，再進(jìn)行聚合物單體引發(fā)，得到結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)的導(dǎo)電凝膠應(yīng)變傳感器，用于下一步的可穿戴器件制備。

其中功能性單體包括各種響應(yīng)性單體，根據(jù)單體的不同為凝膠提供不同的響應(yīng)條件，包括pH響應(yīng)、溫度響應(yīng)等。當(dāng)凝膠受到外界刺激時(shí)，響應(yīng)性單體共聚得到的聚合物網(wǎng)絡(luò)收縮，進(jìn)一步影響與其結(jié)合的導(dǎo)電聚合物網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而改變凝膠電性能，表現(xiàn)出響應(yīng)性。

其中納米黏土在體系中不僅提供預(yù)聚液的可打印性，而且依靠黏土與聚合物網(wǎng)絡(luò)上氨基之間的靜電作用增強(qiáng)凝膠，為凝膠提供絕佳的耐疲勞性。導(dǎo)電聚合物在凝膠中通過(guò)靜電以及氫鍵作用于納米黏土與絕緣聚合物網(wǎng)絡(luò)相互貫穿在一起也為凝膠提供優(yōu)異的機(jī)械性能。同時(shí)，導(dǎo)電聚合物的存在為凝膠提供了聯(lián)通完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使得凝膠具有較好的導(dǎo)電性。此外，導(dǎo)電聚合物網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)力作用下會(huì)首先斷裂，使得導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)受損，導(dǎo)致凝膠導(dǎo)電性能下降，還可以實(shí)現(xiàn)凝膠的應(yīng)變感應(yīng)。

所述3D打印水凝膠的制備方法，其特征在于，包括：

獲得含有納米黏土的凝膠預(yù)聚液，3D打印，聚合，得到3D打印導(dǎo)電水凝膠。

可選地，所述方法包括：

獲得含有納米黏土的凝膠預(yù)聚液，3D打印，聚合I，獲得的水凝膠置于含有導(dǎo)電聚合物單體的溶液中，聚合II，得到所述3D打印水凝膠。

可選地，所述3D打印水凝膠為3D打印導(dǎo)電水凝膠。

可選地，所述3D打印導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其特征在于，包括：

獲得含有納米黏土的凝膠預(yù)聚液，3D打印，聚合I，獲得的水凝膠置于含有導(dǎo)電聚合物單體的溶液中，聚合II，得到所述3D打印導(dǎo)電水凝膠。

可選地，所述凝膠預(yù)聚液中包括：丙烯酰胺，響應(yīng)性單體和納米黏土。

可選地，所述凝膠預(yù)聚液中丙烯酰胺的濃度為1～3mol/L；

所述凝膠預(yù)聚液中響應(yīng)性單體的濃度為0.5～2mol/L；

所述凝膠預(yù)聚液中納米黏土的濃度為2～12wt/vol％。