[发明专利]一种可编程变形的强韧水凝胶的4D打印方法

权利要求书

1.一种可编程变形的强韧水凝胶的4D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将丙烯酰胺和丙烯酸混合溶液加入温度引发剂及促引发剂后，置于保温箱中保温，得到聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)共聚物溶液；

(2)将丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺混合溶液加入温度引发剂及促引发剂后，置于保温箱中保温，得到聚(丙烯酸-co-N-异丙基丙烯酰胺)共聚物溶液；

(3)将聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)共聚物溶液与聚(丙烯酸-co-N-异丙基丙烯酰胺)共聚物溶液混合，得到两种比例的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)与聚(丙烯酸-co-N-异丙基丙烯酰胺)混合的溶液，其中，聚(丙烯酸-co-N-异丙基丙烯酰胺)组分偏高的作为盐敏材料来驱动变形，而另一种作为聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)溶液与盐敏混合溶液的粘结剂；

作为粘结剂的混合溶液中聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)对聚(丙烯酸-co-N-异丙基丙烯酰胺)的比为5:5；作为盐敏材料的混合溶液中聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)对聚(丙烯酸-co-N-异丙基丙烯酰胺)的比为1:9；

(4)使用3D打印平台，将聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)以及聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)与聚(丙烯酸-co-N-异丙基丙烯酰胺)混合溶液按照预先设置的打印参数分别挤出到玻璃基板上形成特定的形状结构；

打印时遵循先打印聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)，其次是聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)对聚(丙烯酸-co-N-异丙基丙烯酰胺)比为5:5的混合溶液，最上层打印聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)对聚(丙烯酸-co-N-异丙基丙烯酰胺)比为1:9的混合溶液；

(5)将打印得到的形状结构放入恒温箱中的三价铁离子溶液中进行交联，然后将浸泡过铁离子溶液后的凝胶再放入恒温箱中的去离子水溶液中进一步交联得到平衡态凝胶结构；

(6)将平衡态凝胶结构放入浓盐水中变形得到预先设计的形状结构。

2.根据权利要求1所述的可编程变形的强韧水凝胶的4D打印方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)共聚物溶液浓度为10～11wt％，聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)中丙烯酸的摩尔分数为10～15％。

3.根据权利要求1所述的可编程变形的强韧水凝胶的4D打印方法，其特征在于，步骤(2)中，所述聚(丙烯酸-co-N-异丙基丙烯酰胺)共聚物溶液浓度为13～15wt％，聚(丙烯酸-co-N-异丙基丙烯酰胺)中丙烯酸的摩尔分数为10～25％。

4.根据权利要求1所述的可编程变形的强韧水凝胶的4D打印方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中，所述的温度引发剂为过硫酸钾，所述的促引发剂为N,N,N',N'-四甲基乙二胺，所述保温箱设定的温度为20℃～30℃，保温时间大于48小时。

5.根据权利要求1所述的可编程变形的强韧水凝胶的4D打印方法，其特征在于，步骤(4)中，聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)以及聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)与聚(丙烯酸-co-N-异丙基丙烯酰胺)混合溶液的挤出温度低于28℃。

6.根据权利要求1所述的可编程变形的强韧水凝胶的4D打印方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)溶液打印参数为：挤出气压200～350kPa，3D打印机XY轴扫描速度为350～600mm/min；所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)与聚(丙烯酸-co-N-异丙基丙烯酰胺)混合溶液打印参数为：挤出气压400～600kPa，3D打印机XY轴扫描速度为300～600mm/min。

7.根据权利要求1所述的可编程变形的强韧水凝胶的4D打印方法，其特征在于，步骤(5)中，三价铁离子溶液的浓度为0.005～0.5mol/L。

8.根据权利要求1所述的可编程变形的强韧水凝胶的4D打印方法，其特征在于，步骤(5)中，浸泡铁离子溶液以及去离子水溶液时间为8～24小时，铁离子溶液以及去离子水溶液均放置在17℃～20℃恒温箱中。

9.根据权利要求1所述的可编程变形的强韧水凝胶的4D打印方法，其特征在于，步骤(6)中，所述浓盐水为NaCl水溶液，其浓度为3.5～5mol/L。