最近，本室发展了一种通过紫外光辅助的熔融沉积打印技术，通过该技术可以高效地构造结构复杂的形状记忆聚合物。该研究工作发表于《ACS sustainable chemistry & engineering》。论文第一作者为硕士研究生吴迪，通讯作者为杨科珂教授，该工作得到国家自然科学基金（51773131）等项目的资助。
【研究背景】
3D 打印技术的出现能够以最节省材料的方式构筑复杂及个性化结构，为形状记忆聚合物 (SMPs)的发展提供了新的机会，并由此提出了“4D打印”的概念。其中熔融沉积成型（FDM）是最常用的打印方式之一，但受其打印原理的限制，打印模型层间结合力较低，具有严重的机械性能各向异性，限制了SMPs的进一步发展。
【主要内容】
受到前期工作的启发，我们利用UV辅助FDM技术制造了肘部保护装置，为解决其机械性能各向异性提供了一种简便有效的策略。同时，在自然界中存在着许多具有各种反应基团的生物质原料，在此，我们以衣康酸二甲酯(DI)、癸二酸二甲酯(DSe)和1,4-丁二醇(BDO)为原料合成了全生物基形状记忆共聚酯 (PBSe-co-PBIs)，其中具有不饱和双键的 DI 提供可交联位点，同时，具有亚甲基长链的DSe可赋予材料优异的柔韧性和结晶性。
图1 PBSe-co-PBIs和交联PBSe-co-PBIs的合成示意图
经过综合考虑，最终选择了PBSe-co-PBI0.5（DI的摩尔质量为总质量的0.5%）作为打印材料，UV辅助FDM打印模型表现出优异的形状记忆性能，其形状固定率和形状回复率值均超过90%。拉伸测试结果表明FDM打印过程中的原位交联反应使打印模型在垂直方向上的拉伸强度从11.0 MPa增加到19.5 MPa，有效改善了其机械性能各向异性的问题。
图2 (a)空心三棱柱在不同方向上拉伸的数码照片; (b)有无UV存在下打印的PBSe-co-PBI0.5样品在不同方向上的应力-应变曲线
图3 (a) “三星堆青铜面具”以及(b) “保护罩装置”打印模型：(a1)(b1) 3D模型；(a2)(b2)永久形状；(a3)(b3) 室温下固定的临时形状；(a4)(b4)
90°C回复的永久形状
该策略以全生物基小分子出发制备了不饱和线型共聚酯，通过UV辅助FDM打印，在赋予模型优异形状记忆性能的同时改善了其机械性能各向异性的问题，进一步拓展了SMPs的应用领域。该工作在国家自然科学基金项目(51773131)的资助下完成。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c00721
