2025年首篇與3D打印技術(shù)相關(guān)的nature正刊文章， 于1月29日發(fā)表。來(lái)自美國(guó)康奈爾大學(xué)的研究人員，發(fā)表了題為“Degradable thermosets via orthogonal polymerizations of a single monomer”的文章，致力于實(shí)現(xiàn)耐用塑料在新型聚合工藝中實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性改造。

汽車輪胎、保齡球等物品都是由熱固性塑料制成的，這種塑料具有極高的耐用性。它們的“交聯(lián)聚合物”化學(xué)結(jié)構(gòu)保證了其長(zhǎng)壽命，但也使得這些以石化為基礎(chǔ)的材料（占所有聚合物產(chǎn)量的15%-20%）無(wú)法回收。目前，世界上的熱固性材料回收率為零——它們要么被焚燒，要么被扔進(jìn)垃圾填埋場(chǎng)。

康奈爾大學(xué)的研究人員通過(guò)創(chuàng)造一種由生物源材料制成的替代品來(lái)應(yīng)對(duì)這一環(huán)境挑戰(zhàn)，這種替代品具有交聯(lián)熱固性塑料的耐久性和延展性，但可以輕松回收和降解。

通訊作者福爾斯介紹，這是一種非凡的化學(xué)反應(yīng)，能夠從一個(gè)單體基礎(chǔ)引發(fā)兩個(gè)聚合過(guò)程。研究團(tuán)隊(duì)選擇二氫呋喃 (DHF)這種材料，它是一種化學(xué)單體，可由生物材料制成，并有可能最終替代石油基原料。使用DHF（一種具有雙鍵的環(huán)狀單體）作為兩次連續(xù)聚合的單體，第二次聚合生成交聯(lián)聚合物。

第一個(gè)聚合過(guò)程是打開(kāi)環(huán)狀單體，并將其中的許多單體縫合在一起，形成一條長(zhǎng)而開(kāi)放的鏈。這種材料柔韌柔軟，可以通過(guò)加熱完全化學(xué)回收，也可以通過(guò)酸降解。

從DSF中合成可降解的熱固性有機(jī)化合物

不過(guò)，并非所有DHF都會(huì)在第一次聚合中被消耗掉，剩余的DHF對(duì)于后續(xù)聚合中材料的增韌至關(guān)重要。在第二步中，DHF單體彼此連接并與第一種聚合物連接，同時(shí)保持其剛性的環(huán)狀結(jié)構(gòu)不變，從而生成一種堅(jiān)固而堅(jiān)韌的材料。最終形成的交聯(lián)聚合物可以通過(guò)加熱回收，并在環(huán)境中自然降解。第一種聚合物是柔性聚合物，它保留了生成第二種聚合物所需的雙鍵，該反應(yīng)由光引發(fā)和控制。

DHF熱固性材料的時(shí)空控制

研究人員表示，這個(gè)過(guò)程太簡(jiǎn)單了，只需改變每個(gè)反應(yīng)的運(yùn)行時(shí)間、每個(gè)反應(yīng)中加入的催化劑量以及使用的光強(qiáng)度，就可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程獲得各種各樣的特性。照射到材料上的光越多，交聯(lián)就越多，材料就越硬。受光較少的部分韌性就會(huì)更高；而未受光照射的部分則完全可以進(jìn)行化學(xué)回收。

該研究所使用的的制造技術(shù)就是光聚合3D打印。研究所描述的光聚合技術(shù)和時(shí)空控制能力為3D打印技術(shù)的研發(fā)提供了新的可能性。除此之外，已經(jīng)固化的材料，可以通過(guò)酸水解、熱解聚和氧化降解等多種方法，實(shí)現(xiàn)選擇性、順序性的降解，降解產(chǎn)物能夠重新聚合成新材料，形成了一個(gè)閉環(huán)的再利用過(guò)程。

通過(guò)結(jié)合正交聚合機(jī)制和光聚合技術(shù)，可以開(kāi)發(fā)出具有復(fù)雜形狀、精確控制和可降解性的新型3D打印材料。這些材料在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

總之，該研究成果不僅為熱固性材料的合成提供了新的方法，也為光聚合3D打印技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和啟示。

注：本文由3D打印技術(shù)參考創(chuàng)作，未經(jīng)聯(lián)系授權(quán)，謝絕轉(zhuǎn)載。

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