优化地聚合物墨水流变行为与可打印性：为直接墨水书写技术解锁新可能

为解决地聚合物墨水在直接墨水书写（DIW）技术中因持续缩聚反应致流变性能改变的难题，研究人员开展地聚合物墨水流变性能优化研究。结果确定了多种添加剂效果及最佳打印参数。该研究对开发高性能地聚合物墨水意义重大。

　　在科技飞速发展的当下，3D 打印技术已逐渐成为制造业的新宠，它就像一把神奇的魔法钥匙，能够直接从计算机辅助设计（CAD）模型中构建出复杂的三维结构，让曾经只存在于想象中的创意变为现实。在众多 3D 打印技术里，直接墨水书写（DIW）技术凭借其独特优势，备受材料开发者青睐。它可以通过挤出具有合适流变学特性的粘性糊状物，打印出各种各样的材料。

然而，在这个看似充满希望的领域，却隐藏着诸多挑战。地聚合物，这种先进的无机聚合物，尽管拥有出色的性能，在用于 DIW 技术时却遭遇了难题。地聚合物墨水在制备和打印过程中，会发生持续的缩聚反应，这使得墨水的流变行为不断变化，给打印过程带来极大的困扰。比如，墨水的粘度、剪切应力等关键流变参数难以控制，导致打印时容易出现堵塞喷头、无法保持形状等问题。而且，目前对于地聚合物墨水的研究还存在诸多不足，不同研究使用的添加剂和得出的结论差异较大，缺乏标准化的配方和流程，难以保证稳定可靠的打印质量。这些问题就像一道道关卡，阻碍着地聚合物在 3D 打印领域的广泛应用。

为了突破这些困境，来自未知研究机构的研究人员勇敢地踏上了探索之旅，开展了关于开发适用于 DIW 技术的偏高岭土基地聚合物墨水的研究，着重优化其流变性能，以实现顺利挤出和良好的形状保持。

研究人员在研究过程中采用了多种关键技术方法。首先，通过手动挤压法评估地聚合物墨水的挤出性，观察在恒定压力下挤出线条的连续性和有无异常，同时观察墨水在刮刀上的形状保持情况。此外，对不同配方墨水的关键流变性能，如剪切变稀行为、恢复性和屈服应力等进行分析，并与打印结果进行对比验证。还系统研究了打印参数（包括速度、喷嘴直径、床温、分配速率和墨水保持时间）对打印效果的影响，以优化打印条件 。

在材料准备阶段，研究人员从印度齐利昂萨瓦矿物公司获取了高岭土原矿，并将其在马弗炉中于 750°C 煅烧 3 小时，制备出偏高岭土（MK）。随后，使用纯度 98.5% 的氢氧化钠（NaOH）和特定化学成分（29.69 wt% SiO₂、15.31 wt% NaO₂、55 wt% H₂O）的硅酸钠（Na₂SiO₃）溶液制备碱性溶液。同时，选用了黄原胶、Triton X 100 和 PEG 400 这三种流变改性剂，以及 H₂O₂作为发泡剂。

在挤出性研究方面，研究人员最初采用手动挤压法评估地聚合物墨水的挤出性能。通过使用 30ml 鲁尔锁注射器在恒定压力下挤出糊状物，记录挤出线条的连续性和异常情况，同时观察墨水在刮刀上的形状保持能力。这一初步评估为后续深入研究墨水的流变性能与挤出性之间的关系奠定了基础。

在流变改性剂的筛选与优化上，研究发现，黄原胶是最有效的添加剂。它能够构建起粘弹性网络，使墨水具备剪切变稀行为。在挤出过程中，墨水的粘度会降低，便于顺利挤出；挤出后，粘度又能迅速恢复，从而保证打印形状的完整性。而 PEG 400 作为增塑剂，增强了墨水的流动性，有利于平滑挤出；Triton X - 100 作为非离子表面活性剂，改善了颗粒的分散性，防止团聚，确保了墨水的稳定性。

研究人员还对打印参数进行了系统的优化。确定了最佳打印参数：喷嘴直径为 0.84mm、打印速度为 5mm/s、层高度为 0.6mm。并且发现，在长达 90min 的保持时间内，要维持打印质量，需要精细调整墨水的分配速率。

在优化地聚合物浆料配方时，研究人员发现液固比（活化溶液 / 偏高岭土）为 1.25 时最为理想。与液固比为 1.5 的浆料相比，该比例下制备的浆料具有更多孔的微观结构，不仅提高了挤出性，还显著加快了干燥速率。

研究人员还使用 H₂O₂作为发泡剂，成功制备出具有高度多孔结构的 3D 打印地聚合物结构。这种结构非常适合用于多种应用，如作为去除重金属和 CO₂的结构化吸附剂。

这项研究成果意义重大。从技术层面来看，它成功解决了地聚合物墨水在 DIW 技术中面临的流变性能控制难题，确定了关键添加剂和最佳打印参数，为 3D 打印地聚合物材料提供了标准化的配方和流程参考。从应用角度而言，制备出的多孔结构地聚合物在废水处理、气体吸附等环保领域展现出巨大的潜力，有望为解决环境污染问题提供新的材料和技术支持。该研究成果发表在《Applied Clay Science》上，为相关领域的研究开辟了新的方向，推动了地聚合物在 3D 打印技术中的进一步发展和应用。