從浙江大學(xué)獲悉，該校化學(xué)工程與生物工程學(xué)院謝濤教授和鄭寧研究員團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種全新熱可逆的光點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)，并由此制造了可多次循環(huán)打印且具有優(yōu)異力學(xué)性能的光固化3D打印樹脂。相關(guān)成果發(fā)表在《科學(xué)》上。

憑借可快速定制化的優(yōu)勢，3D打印技術(shù)在工業(yè)制造、生物醫(yī)療、航空航天等多個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而，在光固化3D打印領(lǐng)域，現(xiàn)有光敏樹脂材料通常依賴丙烯酸酯類單體的自由基連鎖聚合，所生成的高分子網(wǎng)絡(luò)主鏈由碳—碳單鍵組成，難以解聚回收，直接作為廢棄物容易形成污染。

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科研團(tuán)隊用基于醛基/巰基反應(yīng)的樹脂材料進(jìn)行3D打印的成品

不同于連鎖聚合機(jī)理，科研團(tuán)隊意外發(fā)現(xiàn)，硫醇與芳香醛縮合生成的二硫代縮醛鍵在熱刺激條件下表現(xiàn)出獨(dú)特的可逆性。如同積木可反復(fù)拆裝，二硫代縮醛鍵就像兩塊積木間的“卡扣”，在光固化成型時，這些“分子積木”通過二硫代縮醛鍵的鍵合作用相互連接，構(gòu)建出復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)。在適當(dāng)加熱的情況下，這些鍵又能被“解開”，使得生成的產(chǎn)物原路回到最初硫醇和芳香醛的狀態(tài)。

“這種可逆機(jī)制意味著，使用后的3D打印材料可以通過溫和加熱實(shí)現(xiàn)分子級別的無損回收。”謝濤說，回收后的原料可以重新投入下一輪3D打印流程。這種特性賦予了材料近乎無限次重構(gòu)的能力，同時顯著降低了原料成本。基于這一發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合團(tuán)隊創(chuàng)新性地提出了基于醛基/巰基反應(yīng)的逐步聚合3D打印體系，實(shí)現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)筑，從而開創(chuàng)3D打印的新策略。

“通過分子設(shè)計調(diào)控聚合物主鏈的結(jié)構(gòu)，我們成功制備出彈性體、結(jié)晶性聚合物以及剛性聚合物等多種不同的3D打印材料。”鄭寧介紹，這些聚合物在消失模鑄造（如金屬引擎）及正畸牙套生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用空間，且同一樹脂原料能夠重復(fù)使用以制造多個零部件，減少了對環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)。

謝濤說，這項(xiàng)研究在分子層面成功突破了傳統(tǒng)光固化3D打印材料力學(xué)性能與閉環(huán)回收之間的內(nèi)在矛盾。其構(gòu)建的光響應(yīng)動態(tài)二硫代縮醛化學(xué)體系，為實(shí)現(xiàn)高性能光固化3D打印材料的閉環(huán)再生提供了創(chuàng)新性的分子設(shè)計，對發(fā)展可持續(xù)先進(jìn)制造技術(shù)具有重要指導(dǎo)意義。