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为解决 4D 打印形状记忆聚合物（SMPs）热稳定性、机械性能等不足的问题，研究人员开展了生物基丁香酚 - 糠胺苯并恶嗪（E - fa）与丙烯酸（AC）树脂共混的研究。结果显示，共混物性能显著提升，有很大工程应用潜力。
在科技飞速发展的当下，3D 打印技术凭借其快速成型、设计灵活等优势，已广泛应用于多个领域。在此基础上发展起来的 4D 打印技术，更是为材料赋予了神奇的 “变形” 能力。形状记忆聚合物（SMPs）作为 4D 打印的关键材料，能在外界刺激下从临时变形恢复到初始形状，在可展开结构、软机器人等领域展现出巨大潜力。然而，传统基于丙烯酸酯的 4D 打印 SMPs 却存在诸多短板。其拉伸强度较低，在一些需要承受较大外力的场景中难以胜任；热稳定性差，在高温环境下容易发生性能变化；生物相容性不佳，限制了其在生物医学领域的应用；形状固定率和恢复率也有待提高。这些问题严重阻碍了 4D 打印技术的进一步发展和广泛应用，寻找改进 4D 打印 SMPs 性能的方法迫在眉睫。
来自国外研究机构的研究人员针对上述问题展开了深入研究。他们创新性地将生物基丁香酚 - 糠胺苯并恶嗪（E - fa）与商业丙烯酸树脂（AC）进行共混，通过紫外（UV）和热双固化方法制备高性能 4D 打印 SMPs。研究结果意义重大，优化后的 AC/E - fa 共混物在机械性能、热稳定性和形状记忆性能等方面都有显著提升，为满足苛刻的工程需求提供了新的材料选择，相关研究成果发表在《Applied Materials Today》。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是材料共混技术，将不同比例的 E - fa（0 - 20 wt%）与 AC 树脂进行物理混合；其次是双固化技术，利用 UV（LCD 3D 打印机）和热两种方式对混合树脂进行固化；最后通过动态力学分析（DMA）等测试技术对固化后材料的性能进行表征分析 。
分子特征和双固化行为
通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）对未固化的 AC 和 E - fa 树脂进行分析。研究发现，AC 树脂中，1405 和 1637 cm?1处的吸收峰分别对应丙烯酸酯基团中 C = C 键的剪式振动和伸缩振动，810 cm?1处为丙烯酸酯基团的 C = C 面外弯曲振动。而 E - fa 树脂在 1637 cm?1处的吸收峰归属于烯丙基的 C = C 键，918 cm?1处也有其特征吸收峰。这表明两种树脂具有不同的分子结构特征，为后续形成互穿聚合物网络（IPNs）奠定了基础。在双固化过程中，UV 固化先形成初级聚合物网络，热固化进一步引发 E - fa 树脂中额外的交联反应，形成二级网络，从而构建起 IPNs 结构。
材料性能提升
DMA 分析表明，随着 E - fa 树脂含量的增加，材料的刚度和交联密度呈比例增加。当 E - fa 含量达到 15 wt% 时，材料性能达到最优。与纯 AC 树脂相比，弯曲强度提高了 45%（从 101.20 MPa 提升至 146.84 MPa），拉伸强度提高了 36%（从 60.33 MPa 提升至 81.80 MPa），5% 失重温度升高了 16 °C 。这说明 E - fa 与 AC 的共混有效增强了材料的机械性能和热稳定性。
形状记忆性能优异
优化后的 AC/E - fa 共混物展现出出色的形状记忆性能。其形状固定率高达 99.6%，形状恢复率达到 97.8%，并且在多达 15 次的形状记忆循环中保持稳定。通过制作 4D 弹簧形状进行实际应用测试，发现 AC/E - fa 共混物制成的 4D 弹簧比纯 AC 制成的弹簧具有更高的恢复力，充分展示了该共混材料在实际应用中的优势。
研究结论表明，该研究成功制备了高性能 4D 打印 SMPs。AC 和 AC/E - fa 共混树脂通过双固化方法实现了高效 3D 打印和成功固化，AC/E - fa 共混物中苯并恶嗪单体转化率超过 99%。3D 打印的 AC/E - fa 共混物比 3D 打印的 AC 聚合物具有更高的热稳定性。这一研究成果为高性能 4D 打印材料的发展开辟了新路径，其意义不仅在于解决了传统 4D 打印 SMPs 的性能缺陷，还为可展开结构、软机器人等工程领域提供了性能更优的材料选择，推动了 4D 打印技术在实际应用中的进一步拓展，有望带来更多创新性的产品和应用场景，促进相关产业的发展。
