[发明专利]一种触变性光固化水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种触变性光固化水凝胶及其制备方法和应用，该制备方法包括如下步骤：将流变调节剂与去离子水充分混合得混合物A；向混合物A中加入丙烯酰胺单体与聚乙二醇二丙烯酸酯充分搅拌的混合物B；向混合物B中添加自由基型光引发剂，充分混合后真空消泡得到无气泡的凝胶；使用紫外光或进紫外光照射消泡后的凝胶，得到固化水凝胶。本发明的触变性光固化水凝胶是一种可以光固化，有触变特性，透明，软体的新型打印介质，可以达打印透明，软体，可光固化的复杂模型；本发明通过赋予水凝胶光固化和触变性的功能，可以让嵌入式3D打印后的复杂实体得以保存，透明软体的属性在医疗手术预判方面有很大潜力。

技术领域

本发明属于附加制造技术领域，具体涉及一种用于嵌入式3D打印的带有触变特性的光固化水凝胶材料及其制备方法和应用。

背景技术

嵌入式3D打印(Embedded 3D printing)是一种较为新颖的3D打印技术，这种技术用极细的空心针管在凝胶介质中挤出多种材料。因为凝胶介质有一定的触变特性，在针尖划过后可以在短时间内恢复如初，所以打印出的后一层材料不会影响上一层材料，通过在触变凝胶中的层层堆积，实现3D打印的过程。这种技术的好处在于不需要支撑，不足之处在于只能打印薄壁，打印之后的模型难以固定。现有的用于嵌入式3D打印技术的凝胶有单一成分的卡波姆水凝胶，明胶等，打印之后介质无法固化，只有薄壁特征而无实体结构。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的普通嵌入式3D打印中凝胶介质不可固化的问题，本发明提供一种触变性光固化水凝胶，该水凝胶是一种可以光固化，有触变特性，透明，软体的新型打印介质，可以达到打印高透明度，高弹性，可快速光固化的复杂模型，在器官模型，软体模型的增材制造中有很大潜力。

本发明还提供该触变性光固化水凝胶的制备方法和应用。

技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述一种触变性光固化水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将流变调节剂与去离子水充分混合得混合物A；

(2)向混合物A中加入丙烯酰胺单体与聚乙二醇二丙烯酸酯充分搅拌的混合物B；

(3)向混合物B中添加自由基型光引发剂，充分混合后真空消泡得到无气泡凝胶；

(4)使用紫外光或进紫外光照射消泡后的凝胶，得到固化水凝胶。

其中，步骤(1)中所述流变调节剂在去离子水中的浓度为0.5～2g/L。浓度过低会导致触变性能达不到要求，打印过程中材料不自动愈合。

作为优选，步骤(1)中所述流变调节剂为Carbopol940、carbopol Ultrez 21、Carbopol 980或者气相二氧化硅，流变调节剂与去离子水充分混合过程中使用氢氧化钠溶液中和成中性。\将体系的pH值调整为7，使得体系达到最佳粘稠度。

作为优选，步骤(2)中所述丙烯酰胺单体与聚乙二醇二丙烯酸酯的比例为99～99.9wt.％，即丙烯酰胺单体占丙烯酰胺单体与聚乙二醇二丙烯酸酯质量总和的99～99.9％；所述丙烯酰胺单体与聚乙二醇二丙烯酸酯形成的混合物与混合物A的比例为20～25wt.％，即丙烯酰胺单体与聚乙二醇二丙烯酸酯形成的混合物质量占其与混合物A质量总和的20～25％。聚乙二醇二丙烯酸酯的比例不能过高，比例过高会导致固化后体系易碎。

进一步地，步骤(3)中所述自由基光引发剂添加量为混合物B质量的0.01～2％。自由基光引发剂，可以在360～450nm的波长范围中吸收光子产生自由基，添加量为混合物B质量的0.01～2％，比例过高会导致体系发白。

作为优选，步骤(3)中所述充分混合为长时间搅拌，并且是必须的步骤，使得光引发剂在触变特性的流体中分散。光引发剂在触变特性的流体中难以分散，如果搅拌不充分会发生固化后发白的现象

作为优选，步骤(3)中所述真空消泡的气压为0.5～500Pa。