康奈尔大学研发出可降解3D打印热固性新材料

在3D打印技术蓬勃发展的当下，材料的选择至关重要。热固性塑料凭借其稳定的三维网络结构，具备出色的热稳定性和机械性能，被广泛应用于光固化3D打印技术，如常见的环氧树脂、丙烯酸树脂等。然而，传统热固性塑料一旦固化成型，便难以再次加工，废弃后也无法有效回收，给环境带来了沉重负担。

1月29日，美国康奈尔大学的科研团队在材料科学领域取得重大突破，相关研究以题为“Degradable thermosets via orthogonal polymerizations of a single monomer”（通过单一单体的正交聚合制备可降解热固性塑料）于发表在国际顶尖学术期刊Nature上。该研究为3D打印材料的可持续发展提供了全新的解决方案，有望在众多行业掀起绿色制造的浪潮。

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康奈尔大学的研究团队另辟蹊径，将目光聚焦于二氢呋喃（DHF）这一生物基单体。他们通过创新的开环易位聚合（ROMP）和阳离子聚合两步反应，成功使DHF单体交联形成新型热固性材料。在反应过程中，巧妙运用光聚合技术，精确控制光照时间、强度和催化剂浓度，实现了对材料交联密度和各项性质的精准调控。这一技术突破赋予了新型热固性材料丰富多样的物理特性，包括不同程度的软硬度、弹性，同时具备热可回收性与酸可降解性。

由DHF进行的一步法可降解热固性塑料合成 来源：[1]

值得一提的是，这种新型热固性材料在性能上足以与商用热固性材料相抗衡，在硬度、拉伸强度等关键指标上，可媲美常用于电子产品、包装、制鞋的高密度聚氨酯，以及应用于花园水管、汽车密封条的乙丙橡胶。更具优势的是，它符合循环经济理念，废弃后能够通过化学回收重新转化为结构单体，实现资源的高效循环利用；即便不慎泄漏到自然环境中，也会随着时间推移降解为无害成分，极大地降低了对环境的危害。

DHF热固性塑料的降解和回收 来源：[1]

研究团队还展示了该材料在3D打印领域的巨大应用潜力。借助光聚合技术，成功打印出具有复杂形状和精细结构的部件，这些部件不仅性能卓越，还兼具可降解与可回收的特性，为生物医学、航空航天、汽车制造等对材料性能和环保要求极高的领域，提供了全新的材料选择。在生物医学领域，可用于制造可降解的植入式医疗器械，减少患者二次手术取出的痛苦；航空航天领域，减轻部件重量的同时降低太空垃圾产生；汽车制造中，助力打造更环保、可持续的汽车零部件。

机械性能的调节 来源：[1]

这项研究意义深远，不仅为热固性材料的合成开辟了新路径，更为3D打印技术的绿色发展注入了强大动力。通过巧妙结合正交聚合机制与光聚合技术，科学家们成功开发出兼具复杂形状塑造能力、精确控制性能以及环保特性的新型3D打印材料。随着成果推广应用，有望推动各行业迈向可持续发展，提升资源利用效率，为解决环境问题提供新思路。

论文链接：

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