[發明專利]一種光固化3D打印水凝膠用光敏樹脂及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110283780.5
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113045708B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 于然;何陽陽;黃偉;李昕盼;張曼雯;陳東平;張瑛;楊欣;趙曉娟
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C08F283/00
• 分類號: C08F283/00;C08F220/54;C08F220/06;C08F220/56;C08F2/48;C08F2/44;C08K3/16;B33Y70/10;B33Y80/00;B33Y40/20;C08J3/075
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙靜

本發明公開了一種光固化3D打印水凝膠用光敏樹脂及其制備方法，本發明通過制備微乳液的方法制備了3D打印水凝膠用光敏樹脂，可以直接采用油溶性的光引發劑，解決了目前水溶性光引發劑光引發效率低的問題，經光固化3D打印得到水凝膠。該光敏樹脂，其原料中各組分的質量份數為：水性聚氨酯(甲基)丙烯酸酯乳液10～80份，水性光固化單體10～80份，鹽1～30份，光引發劑0.1～5份和光吸收劑0.001～1份。本發明的光敏樹脂通過3D打印制備了高強度、高斷裂伸長率、高導電的水凝膠。

技術領域

本發明屬于智能高分子材料領域，具體涉及一種光固化3D打印水凝膠用光敏樹脂及其制備方法和應用。

背景技術

由于水凝膠具有出色的生物相容性以及與人體組織相似的機械性能，因此水凝膠在組織工程支架、軟體機器、人工組織等領域具有潛在應用價值。尤其是當水凝膠中引入電解質鹽時，離子在水介質中可以快速的擴散因此其具有非常高的導電率。最近，科研人員針對導電水凝膠在可穿戴電子設備、人體健康監測以及人工智能等領域的應用做了大量的相關研究。傳統的柔性傳感器主要通過將導電的粒子(如銀粉、碳納米管、石墨烯等)添加到絕緣的橡膠材料中(如有機硅橡膠、聚氨酯彈性體等)制備。水凝膠傳感器與之相比具有高透明度、高拉伸性能等優勢，而且由于導電介質水的連續性，水凝膠傳感器具有非常低的滯后效應。

目前，3D打印已經廣泛應用于很多領域。在水凝膠方面，3D打印在制備具有復雜結構的人體組織、組織工程支架、柔性傳感器方面具有明顯的優勢。直寫3D打印(direct inkwriting，DIW)是目前水凝膠中應用最多的一種3D打印技術。這種打印方式可以方便地通過添加納米材料和高分子量的聚合物調節打印樹脂的流變性能。但是，這種打印技術的精度決定于打印擠出頭的尺寸，一般在100微米以上。基于光聚合反應的3D打印，如數字投影技術(digital light processing，DLP)在打印精度和打印效率上具有明顯的優勢。用于水凝膠光固化3D打印的墨水主要為單體、齊聚物、光引發劑及其他助劑的水溶液。通常油溶性光引發劑無法在水溶液中溶解，而常見的水溶性光引發劑Irgacure 2959在商業打印機最常使用的405nm的光下引發效率非常低，無法實現光固化打印。因此，缺少高引發效率的水溶性光引發劑是制約光固化3D打印水凝膠發展的最大的難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光固化3D打印水凝膠用光敏樹脂及其制備方法，本發明通過制備微乳液的方法制備了3D打印水凝膠用光敏樹脂，可以直接采用油溶性的光引發劑，解決了目前水溶性光引發劑光引發效率低的問題，經光固化3D打印得到水凝膠。

本發明所提供的光敏樹脂，其原料中各組分的質量份數為：水性聚氨酯(甲基)丙烯酸酯乳液10～80份，水性光固化單體10～80份，鹽1～30份，光引發劑0.1～5份和光吸收劑0.001～1份。

優選的，所述光敏樹脂，其原料中各組分的質量份數為：水性聚氨酯(甲基)丙烯酸酯乳液60～80份，水性光固化單體5～20份，鹽5～20份，光引發劑0.5～2份和光吸收劑0.01～0.05份。

根據本發明的一個實施方案，所述光敏樹脂的原料中各組分的質量份數為：水性聚氨酯(甲基)丙烯酸酯乳液-1 70份、N-異丙基丙烯酰胺10份、甲基丙烯酸9份、氯化鈉10份、苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲?；?氧化膦1份、蘇丹紅I 0.03份。

根據本發明的一個實施方案，所述光敏樹脂的原料中各組分的質量份數為：水性聚氨酯(甲基)丙烯酸酯乳液-2 75份、丙烯酰胺9份、氯化鈉14.5份、(2,4,6-三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦1.5份、羅丹明B 0.03份。

根據本發明的一個實施方案，所述光敏樹脂的原料中各組分的質量份數為：水性聚氨酯(甲基)丙烯酸酯乳液-3 70份、N-異丙基丙烯酰胺11份、甲基丙烯酸10份、氯化鈉8份、苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲?；?氧化膦1份、蘇丹紅I 0.01份。