在3D打印技術蓬勃發(fā)展的當下，材料的選擇至關重要。熱固性塑料憑借其穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡結構，具備出色的熱穩(wěn)定性和機械性能，被廣泛應用于光固化3D打印技術，如常見的環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂等。然而，傳統(tǒng)熱固性塑料一旦固化成型，便難以再次加工，廢棄后也無法有效回收，給環(huán)境帶來了沉重負擔。

1月29日，美國康奈爾大學的科研團隊在材料科學領域取得重大突破，相關研究以題為“Degradable thermosets via orthogonal polymerizations of a single monomer”（通過單一單體的正交聚合制備可降解熱固性塑料）于發(fā)表在國際頂尖學術期刊Nature上。該研究為3D打印材料的可持續(xù)發(fā)展提供了全新的解決方案，有望在眾多行業(yè)掀起綠色制造的浪潮。

來源：[1]

康奈爾大學的研究團隊另辟蹊徑，將目光聚焦于二氫呋喃（DHF）這一生物基單體。他們通過創(chuàng)新的開環(huán)易位聚合（ROMP）和陽離子聚合兩步反應，成功使DHF單體交聯(lián)形成新型熱固性材料。在反應過程中，巧妙運用光聚合技術，精確控制光照時間、強度和催化劑濃度，實現(xiàn)了對材料交聯(lián)密度和各項性質的精準調控。這一技術突破賦予了新型熱固性材料豐富多樣的物理特性，包括不同程度的軟硬度、彈性，同時具備熱可回收性與酸可降解性。

由DHF進行的一步法可降解熱固性塑料合成 來源：[1]

值得一提的是，這種新型熱固性材料在性能上足以與商用熱固性材料相抗衡，在硬度、拉伸強度等關鍵指標上，可媲美常用于電子產品、包裝、制鞋的高密度聚氨酯，以及應用于花園水管、汽車密封條的乙丙橡膠。更具優(yōu)勢的是，它符合循環(huán)經濟理念，廢棄后能夠通過化學回收重新轉化為結構單體，實現(xiàn)資源的高效循環(huán)利用；即便不慎泄漏到自然環(huán)境中，也會隨著時間推移降解為無害成分，極大地降低了對環(huán)境的危害。

DHF熱固性塑料的降解和回收 來源：[1]

研究團隊還展示了該材料在3D打印領域的巨大應用潛力。借助光聚合技術，成功打印出具有復雜形狀和精細結構的部件，這些部件不僅性能卓越，還兼具可降解與可回收的特性，為生物醫(yī)學、航空航天、汽車制造等對材料性能和環(huán)保要求極高的領域，提供了全新的材料選擇。在生物醫(yī)學領域，可用于制造可降解的植入式醫(yī)療器械，減少患者二次手術取出的痛苦；航空航天領域，減輕部件重量的同時降低太空垃圾產生；汽車制造中，助力打造更環(huán)保、可持續(xù)的汽車零部件。

機械性能的調節(jié) 來源：[1]

這項研究意義深遠，不僅為熱固性材料的合成開辟了新路徑，更為3D打印技術的綠色發(fā)展注入了強大動力。通過巧妙結合正交聚合機制與光聚合技術，科學家們成功開發(fā)出兼具復雜形狀塑造能力、精確控制性能以及環(huán)保特性的新型3D打印材料。隨著成果推廣應用，有望推動各行業(yè)邁向可持續(xù)發(fā)展，提升資源利用效率，為解決環(huán)境問題提供新思路。

論文鏈接：

[1] https://www.nature.com/articles/s41586-024-08386-w