重建耗材像搭积木 3D打印树脂可循环使用

4月11日，记者从浙江大学获悉，该校化学工程与生物工程学院谢涛教授和郑宁研究员团队发现了一种全新热可逆的光点击化学反应，并由此制造了可多次循环打印且具有优异力学性能的光固化3D打印树脂。相关成果发表在《科学》上。

凭借可快速定制化的优势，3D打印技术在工业制造、生物医疗、航空航天等多个领域广泛应用。然而，在光固化3D打印领域，现有光敏树脂材料通常依赖丙烯酸酯类单体的自由基连锁聚合，所生成的高分子网络主链由碳—碳单键组成，难以解聚回收，直接作为废弃物容易形成污染。

不同于连锁聚合机理，科研团队意外发现，硫醇与芳香醛缩合生成的二硫代缩醛键在热刺激条件下表现出独特的可逆性。如同积木可反复拆装，二硫代缩醛键就像两块积木间的“卡扣”，在光固化成型时，这些“分子积木”通过二硫代缩醛键的键合作用相互连接，构建出复杂三维结构。在适当加热的情况下，这些键又能被“解开”，使得生成的产物原路回到最初硫醇和芳香醛的状态。

“这种可逆机制意味着，使用后的3D打印材料可以通过温和加热实现分子级别的无损回收。”谢涛说，回收后的原料可以重新投入下一轮3D打印流程。这种特性赋予了材料近乎无限次重构的能力，同时显著降低了原料成本。基于这一发现，联合团队创新性地提出了基于醛基/巯基反应的逐步聚合3D打印体系，实现动态网络的构筑，从而开创3D打印的新策略。

“通过分子设计调控聚合物主链的结构，我们成功制备出弹性体、结晶性聚合物以及刚性聚合物等多种不同的3D打印材料。”郑宁介绍，这些聚合物在消失模铸造（如金属引擎）及正畸牙套生产中具有广泛的应用空间，且同一树脂原料能够重复使用以制造多个零部件，减少了对环境的污染和资源的浪费。

谢涛说，这项研究在分子层面成功突破了传统光固化3D打印材料力学性能与闭环回收之间的内在矛盾。其构建的光响应动态二硫代缩醛化学体系，为实现高性能光固化3D打印材料的闭环再生提供了创新性的分子设计，对发展可持续先进制造技术具有重要指导意义。（记者 江耘 通讯员 查蒙）

来源： 科技日报