生物基LCD 3D打印光敏树脂的开发：树脂设计与固化工艺对产品性能的影响

为应对石油基聚合物带来的环境问题，研究人员开发了由间苯三酚三环氧、甘油1,3-二甘油酯二丙烯酸酯等生物基单体组成的光-光双重固化树脂，通过实时光流变技术优化LCD 3D打印工艺。结果表明，该树脂打印的样品具有与商业树脂相当的力学性能，且具备热响应形状记忆特性，为可持续包装和减少塑料污染提供了新方案。

　　

随着石油基聚合物导致的温室气体排放和微塑料污染问题日益严峻，开发环境友好的替代材料成为全球研究热点。生物基聚合物因其可持续性备受关注，但如何兼顾快速成型与优异力学性能仍是技术难点。光学3D打印技术（如LCD、DLP）虽能高效制造复杂结构，但现有树脂多依赖石油原料且性能单一。

为此，立陶宛创新署资助的研究团队在《European Polymer Journal》发表论文，首次设计了一种基于间苯三酚三环氧（PHTE）、甘油1,3-二甘油酯二丙烯酸酯（GDGDA）和四氢糠基甲基丙烯酸酯（THFMA）的光-光双重固化生物基树脂。通过实时光流变仪分析固化动力学，结合Zortrax Inkspire LCD打印机验证，发现PHTE和GDGDA可提升树脂粘度与固化速率，而THFMA改善流动性。后固化处理使拉伸强度提升50%，玻璃化转变温度达120°C，打印的包装盒表面精度达微米级，且材料呈现热致形状记忆效应。

关键技术包括：1）光-光双重固化体系设计（自由基/阳离子协同）；2）405 nm波长光引发剂（CPI-410S/TPO）筛选；3）实时光流变动力学监测；4）LCD 3D打印与模具光固化对比实验。

材料与树脂组成

选用源自褐藻的PHTE、生物柴油副产物甘油衍生的GDGDA及半纤维素基THFMA，配合高效阳离子光引发剂CPI-410S（兼容405 nm波长），构建了10组不同单体比例的树脂体系。

光固化动力学

光流变数据显示，GDGDA含量＞60 w.%时凝胶时间缩短至8秒，固化速率提升3倍；THFMA的加入使树脂粘度从1200 mPa·s降至400 mPa·s，显著改善打印流动性。

性能表征

后固化使拉伸强度从35 MPa增至52 MPa（接近商用树脂水平），但断裂伸长率下降40%。形状记忆测试显示，80°C下样品可恢复原始形状，循环稳定性达98%。

该研究突破了生物基树脂在LCD 3D打印中的技术瓶颈，其双重固化机制与形状记忆特性为可回收包装、生物医疗器械等领域的绿色制造提供了新思路。立陶宛团队通过分子设计-工艺优化-性能验证的全链条研究，证实了生物基材料替代石油基产品的可行性，对实现碳中和目标具有重要实践意义。