光固化3D打印导电聚合物水凝胶的制备及其性能研究
发布时间：2021-04-14 13:46
目前传统导电水凝胶由于机械强度低、结构单一、电导率不稳定等缺点,应用范围有限。将导电水凝胶与3D打印相结合,可以让复杂的人体组织结构打印成为可能。本研究为了将导电聚合物水凝胶以数字光固化3D打印（DLP）的方式打印成型,通过一锅法制备了聚（丙烯酸羟乙酯-对苯乙烯磺酸钠）（PHEA-PSS）水凝胶打印液,并通过先光固化成型后进行凝胶原位聚合的方式制备了聚（丙烯酸羟乙酯-对苯乙烯磺酸钠）/聚3,4乙撑二氧噻吩（PHEA-PSS/PEDOT）导电聚合物水凝胶。通过FTIR、XRD、XPS、SEM等手段对水凝胶进行表征,对离子浓度和导电聚合物含量等因素对水凝胶固化速率、力学性能、溶胀性能和电性能的影响进行研究。PHEA-PSS水凝胶内部呈现多孔的三维网络状结构,具有高吸水率和高柔性等特点。纯PHEA-PSS水凝胶24 h吸水率为944%,0.5 wt.%氯化钙含量下拉伸强度为0.29 MPa,断裂伸长率为311%。同时每层固化时间仅需25 s,可以满足厚层结构和镂空结构等复杂模型的3D打印。原位聚合得到的PHEA-PSS/PEDOT水凝胶具有双网络互穿结构,以及与铁离子形成的物理键,机械强度得...
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四种主要的增材制造的原理图：(a)熔融沉积打印;(b)粉末床激光熔融技术;(c)立体光固化成型[7];(d)层叠实体制造[8]
第4页上海应用技术大学硕士学位论文图1.2(a)自由液面成型[10]；(b)约束液面成型[11]Fig.1.2(a)up-bottomprojection[10];(b)bottom-upprojection[11]DLP根据图像投影方向的不同，又分为自由液面成型和约束液面成型。自由液面成型，是打印平台在下，光源在上，每层打印完毕后平台下降，但由于液体树脂表面张力的存在，需要刮板将补充后的液面刮平。而约束液面成型打印则相反，打印平台在上，光源由下进入，模型被倒挂着打印出液面。具体来说，打印平台在打印开始后下降，浸没在树脂槽中。光源将图像信息由下方，通过高透明度的树脂槽底部，平台上进行光固化反应。在树脂槽表面有一层透明的防粘涂层，以防平台和树脂槽粘在一起而使得打印失败。在一层打印完毕后，平台缓慢上升一段距离保证固化层和树脂槽完全分开，同时使树脂快速填充底部。待树脂补充完毕后平台继续下降，与树脂槽之间留出一段打印层厚并进行下一层的打印，周而复始直至打印完毕。与自由液面相比，约束液面有如下提高：（1）约束液面是利用液体自动流平进行补充，不需要刮板辅助。（2）约束液面中光固化的部分被限制在已成型部分和树脂槽之间部分，不容易发生变形、翘边等问题。（3）自由液面的平台是向树脂槽底部运动，所以打印的模型高度受限于树脂槽的高度。而约
第6页上海应用技术大学硕士学位论文图1.3光引发剂机理图[14]：(a)裂解型；(b)夺氢型；(c)阳离子型Fig.1.3Mechanisticschemesofradicalphotopolymerizations[14]:(a)TypePI1;(b)TypePI2;(c)cationicphotopolymerizations自由基聚合是光固化行业中较为常见的技术之一，研究较早所以技术较成熟。其中裂解型光引发剂种类丰富，应用范围广。例如巴斯夫艳固佳系列中的184（1-羟基-环已基苯基酮）、819（双（2,4,6-三甲基苯甲酰基）苯基氧化膦）、1173（2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮）和TPO（2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦）等，都是非常高效的裂解型光引发剂[19]。进一步的，通过对光引发剂的改性，制备出亲水的光引发剂，不仅提高了水溶性光固化树脂的固化效率，也将水凝胶可以通过光固化3D打印成型。例如Zhang等人[20]通过将TPO纳米改性，提高了在水中的溶解度，使得PAAm-PEGDA体系水凝胶能更好的聚合，使用DLP技术打印出的水凝胶样品断裂伸长率可达1300%。低聚物：低聚物为分子量较低的聚合物，是光固化树脂的主体，一般占据体系的30~60wt.%[21]。光固化树脂所具有的各项性能主要是由低聚物来决定，所以研究和改性的主要对象是低聚物。在选择低聚物的时候需要注意以下方面[22]：（1）低聚物粘度要适
【参考文献】：
期刊论文
[1]自由基光固化丙烯酸类活性稀释剂研究进展[J]. 张娜,李东兵,聂俊,杨金梁. 涂料工业. 2017(07)
[2]自由基型光引发剂的研究进展[J]. 简凯,杨金梁,聂俊. 涂料技术与文摘. 2016(04)
[3]Optimization of fused deposition modeling process parameters:a review of current research and future prospects[J]. Omar A.Mohamed,Syed H.Masood,Jahar L.Bhowmik. Advances in Manufacturing. 2015(01)
[4]UV固化聚氨酯丙烯酸酯涂料的研制及其应用[J]. 韩建祥,胡孝勇. 涂料工业. 2013(01)
硕士论文
[1]3D打印丝素蛋白/明胶水凝胶支架及其在软骨再生修复中的应用研究[D]. 徐晟.华南理工大学 2019
[2]强韧水凝胶可控变形结构的3D打印研究[D]. 沈洋洋.浙江大学 2019
[3]双固化体系的3D打印光敏树脂的研究[D]. 杨锐.武汉纺织大学 2018
[4]3D打印材料光敏树脂的合成及其改性研究[D]. 钟亚洲.广东工业大学 2018
[5]3D打印液体陶瓷用配方设计及打印工艺研究[D]. 孙雨彤.哈尔滨工业大学 2018
[6]3D打印双响应紫外光固化水凝胶及其形状记忆功能的研究[D]. 张洁玲.暨南大学 2017
[7]基于约束液面面成型3D打印工艺的模型处理技术研究[D]. 闫鑫.山东大学 2017
[8]PEDOT/PSS掺杂的热塑性高强度自修复导电水凝胶[D]. 吴谦.天津大学 2017
[9]用于DLP立体光刻技术的光敏树脂研究[D]. 刘娟娟.辽宁大学 2016
[10]功能化UV固化聚氨酯丙烯酸酯薄膜的制备与性能研究[D]. 许惊鸿.苏州大学 2016
本文编号：3137426
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四种主要的增材制造的原理图：(a)熔融沉积打印;(b)粉末床激光熔融技术;(c)立体光固化成型[7];(d)层叠实体制造[8]
第4页上海应用技术大学硕士学位论文图1.2(a)自由液面成型[10]；(b)约束液面成型[11]Fig.1.2(a)up-bottomprojection[10];(b)bottom-upprojection[11]DLP根据图像投影方向的不同，又分为自由液面成型和约束液面成型。自由液面成型，是打印平台在下，光源在上，每层打印完毕后平台下降，但由于液体树脂表面张力的存在，需要刮板将补充后的液面刮平。而约束液面成型打印则相反，打印平台在上，光源由下进入，模型被倒挂着打印出液面。具体来说，打印平台在打印开始后下降，浸没在树脂槽中。光源将图像信息由下方，通过高透明度的树脂槽底部，平台上进行光固化反应。在树脂槽表面有一层透明的防粘涂层，以防平台和树脂槽粘在一起而使得打印失败。在一层打印完毕后，平台缓慢上升一段距离保证固化层和树脂槽完全分开，同时使树脂快速填充底部。待树脂补充完毕后平台继续下降，与树脂槽之间留出一段打印层厚并进行下一层的打印，周而复始直至打印完毕。与自由液面相比，约束液面有如下提高：（1）约束液面是利用液体自动流平进行补充，不需要刮板辅助。（2）约束液面中光固化的部分被限制在已成型部分和树脂槽之间部分，不容易发生变形、翘边等问题。（3）自由液面的平台是向树脂槽底部运动，所以打印的模型高度受限于树脂槽的高度。而约
第6页上海应用技术大学硕士学位论文图1.3光引发剂机理图[14]：(a)裂解型；(b)夺氢型；(c)阳离子型Fig.1.3Mechanisticschemesofradicalphotopolymerizations[14]:(a)TypePI1;(b)TypePI2;(c)cationicphotopolymerizations自由基聚合是光固化行业中较为常见的技术之一，研究较早所以技术较成熟。其中裂解型光引发剂种类丰富，应用范围广。例如巴斯夫艳固佳系列中的184（1-羟基-环已基苯基酮）、819（双（2,4,6-三甲基苯甲酰基）苯基氧化膦）、1173（2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮）和TPO（2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦）等，都是非常高效的裂解型光引发剂[19]。进一步的，通过对光引发剂的改性，制备出亲水的光引发剂，不仅提高了水溶性光固化树脂的固化效率，也将水凝胶可以通过光固化3D打印成型。例如Zhang等人[20]通过将TPO纳米改性，提高了在水中的溶解度，使得PAAm-PEGDA体系水凝胶能更好的聚合，使用DLP技术打印出的水凝胶样品断裂伸长率可达1300%。低聚物：低聚物为分子量较低的聚合物，是光固化树脂的主体，一般占据体系的30~60wt.%[21]。光固化树脂所具有的各项性能主要是由低聚物来决定，所以研究和改性的主要对象是低聚物。在选择低聚物的时候需要注意以下方面[22]：（1）低聚物粘度要适
【参考文献】：
期刊论文
[1]自由基光固化丙烯酸类活性稀释剂研究进展[J]. 张娜,李东兵,聂俊,杨金梁. 涂料工业. 2017(07)
[2]自由基型光引发剂的研究进展[J]. 简凯,杨金梁,聂俊. 涂料技术与文摘. 2016(04)
[3]Optimization of fused deposition modeling process parameters:a review of current research and future prospects[J]. Omar A.Mohamed,Syed H.Masood,Jahar L.Bhowmik. Advances in Manufacturing. 2015(01)
[4]UV固化聚氨酯丙烯酸酯涂料的研制及其应用[J]. 韩建祥,胡孝勇. 涂料工业. 2013(01)
硕士论文
[1]3D打印丝素蛋白/明胶水凝胶支架及其在软骨再生修复中的应用研究[D]. 徐晟.华南理工大学 2019
[2]强韧水凝胶可控变形结构的3D打印研究[D]. 沈洋洋.浙江大学 2019
[3]双固化体系的3D打印光敏树脂的研究[D]. 杨锐.武汉纺织大学 2018
[4]3D打印材料光敏树脂的合成及其改性研究[D]. 钟亚洲.广东工业大学 2018
[5]3D打印液体陶瓷用配方设计及打印工艺研究[D]. 孙雨彤.哈尔滨工业大学 2018
[6]3D打印双响应紫外光固化水凝胶及其形状记忆功能的研究[D]. 张洁玲.暨南大学 2017
[7]基于约束液面面成型3D打印工艺的模型处理技术研究[D]. 闫鑫.山东大学 2017
[8]PEDOT/PSS掺杂的热塑性高强度自修复导电水凝胶[D]. 吴谦.天津大学 2017
[9]用于DLP立体光刻技术的光敏树脂研究[D]. 刘娟娟.辽宁大学 2016
[10]功能化UV固化聚氨酯丙烯酸酯薄膜的制备与性能研究[D]. 许惊鸿.苏州大学 2016
本文编号：3137426
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