[發明專利]反相乳液基3D打印墨水及其水凝膠制備方法

在審

• 申請號: 202310439856.8
• 申請日: 2023-04-23
• 公開（公告）號: CN116396581A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 王建全;毛慧敏;劉吉瑞;張大倫;邵自強
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C08L33/26
• 分類號: C08L33/26;C08L71/02;C08L33/02;C08K5/42;C08K5/41;C08J3/075;B33Y70/00;B33Y70/10
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 付雷杰

本發明涉及一種聚合物反相乳液基3D打印墨水，可經過一步簡單的冷凍固化成型制備水凝膠，屬于3D打印技術領域。本發明提供的3D打印墨水及其水凝膠的制備方法包括以下步驟：(1)將聚合物反相乳液、去離子水和親水性表面活性劑按一定比例配制成具有觸變性能的3D打印墨水；(2)墨水經3D打印成型后，在低溫環境中經一步冷凍固化成型，得到具有一定強度的3D打印水凝膠制品。本發明制備的聚合物反相乳液基3D打印墨水屬于非牛頓流體，具有良好的觸變性能，適于直接書寫，經噴頭擠出后能保持良好的宏觀結構，在打印成型及后期冷凍處理階段不會發生結構變形和塌陷，簡易方便地得到3D打印水凝膠制品。

技術領域

本發明涉及一種反相乳液基3D打印墨水及其水凝膠制備方法，特別涉及一種可冷凍固化成型的反相乳液聚合物基3D打印墨水及其水凝膠的制備方法，屬于3D打印技術領域。

背景技術

3D打印是一種以逐層數字控制的方式制作三維物體的方法，由于其較低的材料消耗、可定制的幾何形狀、較高的成本效益、快速的制備等令人振奮的優勢，受到越來越多的關注。常用的3D打印方式有數字投影光刻、立體光刻和直接墨水書寫，其中直接墨水書寫在選擇墨水方面具有較高的靈活性和較低的成本等優點受到廣泛關注。

目前，3D打印技術已廣泛應用于塑料、橡膠、金屬、陶瓷、石膏和水凝膠等材料的制備。其中水凝膠作為一種具有三維網絡結構的高分子材料，其物化性能如強度、彈性、導電性、粘附性、自愈合能力等可以很好地調控。科技界在3D打印水凝膠領域已經取得了很大進步。3D打印墨水的配制研究主要包括兩個方面：一方面是對水凝膠墨水進行改性使其具有合適的流變性能，方便打印成型；另一方面是添加功能性組分使成型后的水凝膠制品具有優異的力學性能、電性能和良好的生物相容性等。固化成型方法通常采用光固化、熱固化、凍融循環和室溫冷卻成型等。其中光固化是最為常用的成型方式，主要用于含雙鍵組分的3D打印墨水，在紫外光照射下通過自由基聚合或巰基-烯加成反應實現成型；熱固化成型適合熱引發自由基聚合或熱固性交聯體系；凍融循環適合含有聚乙烯醇(PVA)的體系，該體系在多次凍融循環過程中產生結晶體形成交聯；室溫冷卻成型適合熱可逆水凝膠體系如瓊脂糖、卡拉膠和明膠等，注射器及噴嘴保持較高溫度使墨水處于熔融狀態，打印后室溫下冷卻即可固化成型。上述成型方法中，光固化和熱固化通過自由基聚合或其它化學反應形成不可逆交聯；凍融循環僅適用于PVA水凝膠體系，需要歷經多次冷凍-融解循環處理，操作費時費力且體系受限；室溫冷卻成型類似于熱塑性樹脂的3D打印，得到的是熱可逆水凝膠，其產品強度不高，且熱穩定性差(較高溫度下會由凝膠轉變為溶膠)，限制了其應用場景。

發明內容

本發明的目的是提供一種反相乳液基3D打印墨水及其水凝膠制備方法；該墨水可由商品化的聚丙烯酰胺(PAM)反相乳液輔以添加劑配制而成，采用一步冷凍方法固化成型，恢復室溫后即可得到較高強度的且熱不可逆的水凝膠。該方法原料易得、操作便利，適合大規模的工業化生產。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

反相乳液基3D打印墨水，由聚合物反相乳液、去離子水和水溶性表面活性劑組成；所述去離子水用量為聚合物反相乳液用量5～40wt％，表面活性劑用量為聚合物反相乳液用量的20wt％以下。

向反相乳液基3D打印墨水體系中添加填料，以增強打印制品的力學性能；