AFM 中科院趙寧/徐健:基于DLP打印的可回收聚合物

來源：EngineeringForLife

近年來，投影光固化（DLP）3D打印技術(shù)作為一種顛覆性的技術(shù)，其高分辨率和高效率的優(yōu)勢(shì)在實(shí)際應(yīng)用中顯示出了巨大的潛力。然而，DLP打印過程中產(chǎn)生的大量熱固性材料卻造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境問題，如何開發(fā)適用于DLP重復(fù)打印的可回收材料仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

近期，來自中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的趙寧和徐堅(jiān)合作提出了一種基于DLP打印的可回收材料，并且回收的材料還可以通過DLP 重復(fù)打印，這有助于解決由熱固性材料引起的環(huán)境問題。相關(guān)論文“Reprintable Polymers for Digital Light Processing 3D Printing”發(fā)表于Advanced Functional Materials期刊上。

實(shí)驗(yàn)采用樟腦醌（CQ）、4-二甲氨基苯甲酸酯（EDMAB）與丙烯酸異冰片酯（IBOA）混合形成得均相溶液作為打印材料，并添加了酞菁藍(lán)15作為光吸收劑（圖１）。通過將DLP打印出的三維模型與IBOA單體進(jìn)行混合，可實(shí)現(xiàn)已成型結(jié)構(gòu)的完全溶解，當(dāng)加入光引發(fā)劑時(shí)，該溶液又可作為新的打印材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該材料體系具有很好的打印性能，并且打印出的3D模型可以完全溶解在IBOA單體中形成新的打印墨水，實(shí)現(xiàn)了材料有效的回收。

圖1 IBOA循環(huán)打印過程

為了研究回收后材料的打印特性，研究人員將回收材料與初始材料的表觀特征和材料性質(zhì)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，回收材料和IBOA單體都是透明的，固化后也都具有優(yōu)異的透明度，且兩者都具有快速且相似的聚合速率。然而，回收材料中存在高分子的量聚（IBOA）導(dǎo)致了回收的材料粘度有所增加，該現(xiàn)象可以通過升高溫度來減輕其影響。

圖2 打印特性

隨后，為了驗(yàn)證該材料的可回收性，研究人員測(cè)試了原始的IBOA單體和回收的聚（IBOA）的熱性能和機(jī)械性能。結(jié)果顯示，多次重復(fù)打印后的儲(chǔ)能模量與溫度的關(guān)系是一致的，而且回收的聚（IBOA）與原始的IBOA單體具有類似的熱穩(wěn)定性。研究人員對(duì)回收的聚（IBOA）進(jìn)行了多次打印測(cè)試，打印試樣都顯示出類似的機(jī)械性能（圖3）。

圖3 打印性能

最后，研究人員探究了這種材料在其他方面的應(yīng)用（圖4）。（1）可作為粘結(jié)劑：可將斷裂的熱塑性材料重新粘結(jié)在一起，光照固化后的結(jié)構(gòu)仍然可保留原結(jié)構(gòu)90%以上的機(jī)械性能；（2）可重塑模型，提高打印效率：通過打印1 mm厚的薄膜，然后在90℃條件下將其重塑成風(fēng)車的三維結(jié)構(gòu)，其制造效率比直接打印2 cm高的風(fēng)車提高20倍；（3）可與碳納米管（CNT）復(fù)合打印，并且該混合材料也具有可回收重復(fù)打印的特性。

圖4 IBOA在其他方面的應(yīng)用

綜上所述，本研究提出了一種基于DLP打印的可回收聚合物，利用線性聚聚（IBOA）在IBOA單體中具有良好的溶解性來實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的有效回收，并且回收材料的各方面性能與原始材料類似。線性聚合物的熱塑性使打印的結(jié)構(gòu)能夠粘結(jié)和重塑，從而為3D打印提供了一種提高制造效率和降低打印區(qū)域尺寸限制的方法。該研究為解決傳統(tǒng)DLP打印產(chǎn)生的熱固性塑料所帶來的環(huán)境問題及材料的高效回收提供了有效途徑。

文章來源：
https://doi.org/10.1002/adfm.202007173