[发明专利]一种3D打印可控导电水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种3D打印可控导电水凝胶的制备方法，步骤如下：将聚乳酸树脂PLA、聚4‑乙烯基吡啶树脂、聚环氧乙烷按照一定的物质的量比混合、熔融、挤出、拉丝，制成A组分打印丝料。将聚乳酸树脂PLA、聚甲基丙烯酸、聚环氧乙烷按照一定的物质的量比混合、熔融、挤出、拉丝，制成B组分打印丝料。采用3D打印机将A组分打印丝料打印成设定的形状与层数，打印时留出沟槽。本步骤3D打印机优选FDM型3D打印机。将PEDOT/PSS导电油墨印刷印制至A组分打印丝料设定打印的沟槽中，真空干燥。采用3D打印机将B组分打印丝料在导电油墨层之上打印成设定的形状与层数。本发明3D打印可控导电水凝胶的制备方法，具有制造工艺简单、制备方便、可个性化制造、易于规模生产。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，也属于微型传感器技术领域，涉及3D打印水凝胶的制备方法，尤其涉及一种3D打印可控导电水凝胶的制备方法。

背景技术

三维快速成型打印简称3D打印，又称作增材制造，是一种与传统的材料加工方法截然相反、基于三维CAD模型数据、通过增加材料逐层制造的方法。熔融沉积打印(FDM)是采用热融喷头，使塑性纤维材料经熔化后从喷头内挤压而出，并沉积在指定位置后固化成型。这种工艺优点是价格低廉、体积小、生成操作难度相对较小。

导电水凝胶是人造皮肤和肌肉、柔性和可植入生物电子学以及组织工程的有前途的候选材料。现有的导电水凝胶由于制备方法的限制，其拉伸强度与电导率存在矛盾，机械强度不足，且电导率受网络限制，加工制备的形状也不易操作控制。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种3D打印可控导电水凝胶的制备方法。本发明采用3D打印方法可控制其前驱体的形状(通过溶胀后形成凝胶)，通过凝胶与导电线路的分层设计可避免机械拉伸强度与电导率的矛盾问题，从而打印出具实用价值的结构可控导电水凝胶。

本发明采取如下技术方案：

一种3D打印可控导电水凝胶的制备方法，其按如下步骤进行：

(1)将聚乳酸树脂PLA、聚4-乙烯基吡啶树脂、聚环氧乙烷按照一定的物质的量比混合、熔融、挤出、拉丝，制成A组分打印丝料。

(2)将聚乳酸树脂PLA、聚甲基丙烯酸、聚环氧乙烷按照一定的物质的量比混合、熔融、挤出、拉丝，制成B组分打印丝料。

(3)采用3D打印机将A组分打印丝料打印成设定的形状与层数，打印时留出沟槽。本步骤3D打印机优选FDM型3D打印机。

(4)将PEDOT/PSS(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸)导电油墨印刷印制至步骤(3)A组分打印丝料设定打印的沟槽中，真空干燥。

(5)采用3D打印机将B组分打印丝料在步骤(4)导电油墨层之上打印成设定的形状与层数。

步骤(5)中，打印区域保留露出部分，由PEDOT/PSS导电油墨印制的印刷电路供外接其它设备连接使用。3D打印机优选FDM型3D打印机，打印时的温度设置为185-220℃。测试导电水凝胶的材料包括单片机或Arduino电路板、贴片LED灯、蜂鸣器、电阻、导线若干等。将打印出的A、B组分结合体C连接外接电路，使用万用电表测试电阻。外接贴片LED灯测试亮度。将C于室温下浸没于0.1M的稀碱溶液中1-5小时，取出后测试电阻值。在室温下浸没于0.1M的稀酸溶液中1-5小时，取出后再次测试电阻值。使用酸碱浸泡使得聚合物充分溶胀的同时使得聚合物离子化，即聚甲基丙烯酸在碱溶液中离子化，聚4-乙烯基吡啶树脂在酸溶液中离子化，可增强电导率。

在测试中，可以通过程序予以控制，当蜂鸣器上分压高于某值时(即当印刷电路电阻值低于某数值时)外接蜂鸣器不发声,否则当蜂鸣器上分压低于某值时(即当印刷电路电阻高于某数值时)发声。

优选的，步骤(1)中，聚乳酸树脂、聚4-乙烯基吡啶树脂、聚环氧乙烷的重量分数比为10-20：60-80：4-15。