本發(fā)明屬于3d打印材料，特別涉及一種水下自愈合的光固化3d打印彈性體及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、軟體機(jī)器人與剛性機(jī)器人相比，最主要的區(qū)別在于制造軟體機(jī)器人的材料以軟材料為主，其運(yùn)動(dòng)依靠軟體機(jī)器人本身的變形實(shí)現(xiàn)。相較于傳統(tǒng)機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)差、質(zhì)量大等問題，軟體機(jī)器人由于其內(nèi)在的高度靈活性、良好的順應(yīng)性、出色的適應(yīng)性和自然安全的可交互性，這也使得軟體機(jī)器人在醫(yī)療、教育、服務(wù)、救援、探索、探測(cè)、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域越來越受到重視，并顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2、目前軟體機(jī)器人的制備主要依賴于機(jī)械加工、澆筑成型等方法，步驟繁瑣耗時(shí)，且密封連接結(jié)構(gòu)需要占據(jù)一定的空間和質(zhì)量，軟體機(jī)器人的小型化和集成設(shè)計(jì)存在著一些困難。與傳統(tǒng)的制造方式相比，基于數(shù)字光處理(digital?light?processing，dlp)的3d打印技術(shù)具有較高的成型精度，可以快速構(gòu)建復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，有助于軟體機(jī)器人的制造。

3、由于軟材料獨(dú)特的機(jī)械性能，軟體機(jī)器人能夠適應(yīng)各種非結(jié)構(gòu)化環(huán)境。但在實(shí)際應(yīng)用中，軟體機(jī)器人通常面臨水下作業(yè)等復(fù)雜環(huán)境，軟材料在使用過程中非常容易破損，導(dǎo)致其無法繼續(xù)使用。自愈合材料的出現(xiàn)使得軟體機(jī)器人在破損后繼續(xù)使用成為可能，與傳統(tǒng)材料相比，自愈合材料在斷裂或疲勞破損時(shí)顯示出自我修復(fù)能力。然而，目前3d打印軟體機(jī)器人大部分仍依賴商用的彈性體，不具備水下自愈合的性能，微小的缺陷或者穿刺傷便可以對(duì)軟體機(jī)器人造成毀滅性的傷害。

4、因此，提供可水下室溫自愈合并可實(shí)現(xiàn)光固化3d打印彈性體對(duì)軟體機(jī)器人的發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種水下自愈合的光固化3d打印彈性體及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明所述光固化3d打印彈性體能夠進(jìn)行光固化成形，而且在水下，不需要特殊的條件(例如光照)即可進(jìn)行自愈合，修復(fù)效率在95％以上。

2、本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思：本發(fā)明通過對(duì)特定疏水性丙烯酸酯單體，含氟丙烯酸酯單體種類的選擇，配合光引發(fā)劑，助劑，使得本發(fā)明所述光固化3d打印彈性體不僅能夠進(jìn)行高效的光固化打印，而且基于特定疏水性丙烯酸酯單體，含氟丙烯酸酯單體所形成的聚合物網(wǎng)絡(luò)，存在偶極-偶極相互作用，使得所述光固化3d打印彈性體在室溫水下即可具備自愈合能力，且該自愈合能力無需特殊條件的刺激(例如比如加熱、激光照射)就可實(shí)現(xiàn)。在水環(huán)境中也能保持穩(wěn)定的室溫自愈合效果。極大拓展了光固化3d彈性體的應(yīng)用。本發(fā)明所述光固化3d打印彈性體的斷裂伸長率大于260％，材料斷裂后可以在室溫環(huán)境以及室溫水環(huán)境下實(shí)現(xiàn)材料的修復(fù)，不需要外界刺激，修復(fù)效率在95％以上。

3、另外，單獨(dú)的含氟丙烯酸酯單體光固化效率較慢，無法滿足3d打印要求，本發(fā)明選擇使用的疏水性丙烯酸單體還有助于提高光敏樹脂體系的光固化效率。

4、本發(fā)明的第一方面提供一種水下自愈合的光固化3d打印彈性體。

5、具體的，一種水下自愈合的光固化3d打印彈性體，原料組分包括疏水性丙烯酸酯單體，含氟丙烯酸酯單體，光引發(fā)劑，助劑；

6、所述疏水性丙烯酸酯單體選自丙烯酸芐酯、丙烯酸異冰片酯中的至少一種；

7、所述含氟丙烯酸酯單體選自2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯、1h,1h,2h,2h-全氟辛醇丙烯酸酯中的至少一種。

8、優(yōu)選的，所述助劑包括交聯(lián)劑和/或光吸收劑。

9、優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑選自聚乙二醇二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸1,6-己二醇酯、三烯丙基異氰脲酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯中的至少一種。

10、優(yōu)選的，所述光引發(fā)劑選自2,4,6-三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦、苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲?；?氧化膦、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮中的至少一種。

11、優(yōu)選的，所述光吸收劑選自蘇丹橙g、蘇丹i、槲皮素、馬休黃中的至少一種。

12、優(yōu)選的，所述光固化3d打印彈性體，按重量份數(shù)計(jì)，原料組分包括疏水性丙烯酸酯單體8～38份，含氟丙烯酸酯單體60～95份，光引發(fā)劑0.5～2.5份，助劑0.1～1份；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述光固化3d打印彈性體，按重量份數(shù)計(jì)，原料組分包括疏水性丙烯酸酯單體10～30份，含氟丙烯酸酯單體70～90份，光引發(fā)劑0.5～2份，助劑0.12～0.6份。

13、優(yōu)選的，所述光固化3d打印彈性體，按重量份數(shù)計(jì)，原料組分包括疏水性丙烯酸酯單體10～30份，含氟丙烯酸酯單體70～90份，交聯(lián)劑0.1～0.5份，光引發(fā)劑0.5～2份，光吸收劑0.02～0.1份。合適的各組分比例有助于獲得性能更好的光固化3d打印彈性體。

14、本發(fā)明的第二方面提供一種水下自愈合的光固化3d打印彈性體的制備方法。

15、具體的，一種水下自愈合的光固化3d打印彈性體的制備方法，包括以下步驟：

16、混合各原料組分，光固化，得到所述光固化3d打印彈性體。

17、優(yōu)選的，所述制備方法，包括以下步驟：

18、將含氟丙烯酸酯單體和疏水性丙烯酸酯單體攪拌混合，然后加入交聯(lián)劑，攪拌，再加入光引發(fā)劑和光吸收劑，攪拌溶解，光固化，得到所述光固化3d打印彈性體。

19、本發(fā)明的第三方面提供一種水下自愈合的光固化3d打印彈性體的應(yīng)用。

20、一種軟體機(jī)器人，由上述光固化3d打印彈性體制備得到。

21、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

22、(1)本發(fā)明通過對(duì)特定疏水性丙烯酸酯單體，含氟丙烯酸酯單體種類的選擇，配合光引發(fā)劑，助劑，使得本發(fā)明所述光固化3d打印彈性體不僅能夠進(jìn)行高效的光固化打印，而且基于特定疏水性丙烯酸酯單體，含氟丙烯酸酯單體所形成的聚合物網(wǎng)絡(luò)，存在偶極-偶極相互作用，使得所述光固化3d打印彈性體在室溫水下即可具備自愈合能力，且該自愈合能力無需特殊條件的刺激(例如比如加熱、激光照射)就可實(shí)現(xiàn)。在水環(huán)境中也能保持穩(wěn)定的室溫自愈合效果。極大拓展了光固化3d彈性體的應(yīng)用。本發(fā)明所述光固化3d打印彈性體的斷裂伸長率大于260％，材料斷裂后可以在室溫環(huán)境以及室溫水環(huán)境下實(shí)現(xiàn)材料的修復(fù)，不需要外界刺激，修復(fù)效率在95％以上。

23、(2)本發(fā)明所述光固化3d打印彈性體，在水下環(huán)境中具有良好的穩(wěn)定性，不需要外界刺激，水下環(huán)境中彈性體也可自愈合，力學(xué)性能基本能夠恢復(fù)至初始狀態(tài)。

24、(3)本發(fā)明所述光固化3d打印彈性體，具有良好的拉伸性(>260％)，可以滿足軟體機(jī)器人變形需求。

25、(4)本發(fā)明所述光固化3d打印彈性體，原料光敏樹脂體系粘度低，在405nm或者385nm光照下可快速固化，適用于市面上常見的光固化3d打印設(shè)備，打印結(jié)構(gòu)精度高。

26、(5)本發(fā)明所述光固化3d打印彈性體，與dlp?3d打印具有高度的兼容性，能夠快速構(gòu)建高精度的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)。利用光固化彈性體3d打印的氣動(dòng)軟體驅(qū)動(dòng)器可以在水下能夠穩(wěn)定工作，在受到損傷后，驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)可以在水下自愈合，并能夠繼續(xù)工作。