AFM 中科院趙寧/徐健:基于DLP打印的可回收聚合物
時間：2021-12-09 08:18 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
近年來，投影光固化（DLP）3D打印技術作為一種顛覆性的技術，其高分辨率和高效率的優勢在實際應用中顯示出了巨大的潛力。然而，DLP打印過程中產生的大量熱固性材料卻造成了嚴重的資源浪費和環境問題，如何開發適用于DLP重復打印的可回收材料仍然是一個巨大的挑戰。
近期，來自中國科學院化學研究所的趙寧和徐堅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 重復打印，這有助于解決由熱固性材料引起的環境問題。相關論文“Reprintable Polymers for Digital Light Processing 3D Printing”發表于Advanced Functional Materials期刊上。
實驗采用樟腦醌（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單體進行混合，可實現已成型結構的完全溶解，當加入光引發劑時，該溶液又可作為新的打印材料。實驗結果表明，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，實現了材料有效的回收。
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進行了比較。結果表明，回收材料和IBOA單體都是透明的，固化后也都具有優異的透明度，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）導致了回收的材料粘度有所增加，該現象可以通過升高溫度來減輕其影響。
隨后，為了驗證該材料的可回收性，研究人員測試了原始的IBOA單體和回收的聚（IBOA）的熱性能和機械性能。結果顯示，多次重復打印后的儲能模量與溫度的關系是一致的，而且回收的聚（IBOA）與原始的IBOA單體具有類似的熱穩定性。研究人員對回收的聚（IBOA）進行了多次打印測試，打印試樣都顯示出類似的機械性能（圖3）。
最后，研究人員探究了這種材料在其他方面的應用（圖4）。（1）可作為粘結劑：可將斷裂的熱塑性材料重新粘結在一起，光照固化后的結構仍然可保留原結構90%以上的機械性能；（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車的三維結構，其制造效率比直接打印2 cm高的風車提高20倍；（3）可與碳納米管（CNT）復合打印，并且該混合材料也具有可回收重復打印的特性。
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現對材料的有效回收，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構能夠粘結和重塑，從而為3D打印提供了一種提高制造效率和降低打印區域尺寸限制的方法。該研究為解決傳統DLP打印產生的熱固性塑料所帶來的環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
近期，來自中國科學院化學研究所的趙寧和徐堅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 重復打印，這有助于解決由熱固性材料引起的環境問題。相關論文“Reprintable Polymers for Digital Light Processing 3D Printing”發表于Advanced Functional Materials期刊上。
實驗采用樟腦醌（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單體進行混合，可實現已成型結構的完全溶解，當加入光引發劑時，該溶液又可作為新的打印材料。實驗結果表明，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，實現了材料有效的回收。
圖1 IBOA循環打印過程
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進行了比較。結果表明，回收材料和IBOA單體都是透明的，固化后也都具有優異的透明度，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）導致了回收的材料粘度有所增加，該現象可以通過升高溫度來減輕其影響。
圖2 打印特性
隨后，為了驗證該材料的可回收性，研究人員測試了原始的IBOA單體和回收的聚（IBOA）的熱性能和機械性能。結果顯示，多次重復打印后的儲能模量與溫度的關系是一致的，而且回收的聚（IBOA）與原始的IBOA單體具有類似的熱穩定性。研究人員對回收的聚（IBOA）進行了多次打印測試，打印試樣都顯示出類似的機械性能（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用（圖4）。（1）可作為粘結劑：可將斷裂的熱塑性材料重新粘結在一起，光照固化后的結構仍然可保留原結構90%以上的機械性能；（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車的三維結構，其制造效率比直接打印2 cm高的風車提高20倍；（3）可與碳納米管（CNT）復合打印，并且該混合材料也具有可回收重復打印的特性。
圖4 IBOA在其他方面的應用
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現對材料的有效回收，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構能夠粘結和重塑，從而為3D打印提供了一種提高制造效率和降低打印區域尺寸限制的方法。該研究為解決傳統DLP打印產生的熱固性塑料所帶來的環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
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