3D打印塑料进入“零废料”时代？浙江大学谢涛/郑宁研究团队Science！

闭环回收代表了一个非常有吸引力的解决方案，可以解决日益严重的塑料垃圾问题。实现这一目标的一种方法是设计热塑性塑料和热固性塑料,它们可以在寿命结束时解聚回它们的单体。尽管最近取得了进展，但瓶颈仍然存在，因为满足解聚要求限制了单体的选择，这限制了制造具有各种实际用途所需物理性能的聚合物的灵活性。随着3D打印已经成为一种灵活的制造工具，设计可以闭环回收并具有足够机械性能的3D可打印聚合物可能会对未来的制造产生深远的影响。

光固化广泛用于塑料的3D打印。典型的3D影印依赖于(甲基)丙烯酸酯单体和交联剂的光聚合作用，这种光聚合作用会产生C-C键，这种键在解聚时不容易逆转。然而，打破动态共价键，如通常存在于照片印刷热固性塑料中的氨基甲酸乙酯或酯键，可以使网络解体，从而进行化学回收。这些动态部分的结合性质需要外部添加的新鲜单体的参与，不仅破坏共价键，而且恢复光固化能力。这种新光反应试剂的加入导致每次循环后更多材料的积累。因此，再循环效率(这里定义为下一个印刷周期感光树脂中再循环材料的百分比)远低于理想闭环再循环的100%。

闭环可回收光聚合物网络的设计（图源自Science ）

相比之下，使用硫辛酸盐作为感光树脂允许光印刷热固性材料直接转化为单体。尽管lipoate树脂的回收效率接近完全，但3D打印依赖于特定环状单体的开环聚合，这意味着网络主框架重复单元固定为一种类型(由三个碳分开的二硫键)。尽管可以通过调整交联密度和侧基来调节机械性能，但可调范围非常有限。对于那些需要额外的外部试剂和单体进行回收的系统,原则上合理选择单体可以更灵活地调整聚合物结构和机械性能，但这种方法自然会降低回收效率。

该研究报道了一种通过逐步光聚合形成二硫缩醛键的三维（3D）打印化学方法。通过解离二硫缩醛键，聚合网络可以转化为光反应性寡聚物。这种网络-寡聚物转化是可逆的，因此可以使用相同的材料进行循环3D打印。此方法提供了在聚合物网络主链设计中进行模块化调整的灵活性。这使得能够制造完全可回收的弹性体、晶态聚合物和具有高机械韧性的刚性玻璃状聚合物，具有广泛的应用潜力。

参考信息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads388