PETG/TPU共混物的反应性与非反应性增容策略及其在3D/4D打印中的高性能应用

为解决PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯）与TPU（热塑性聚氨酯）共混体系的不相容性问题，研究人员通过反应性（SEBS-MA、E-GMA）与非反应性（SEBS）增容策略优化界面粘附，显著提升共混物的形状记忆效应与力学性能。结果表明，E-GMA反应性增容使形状恢复率提升12.7%，冲击强度达650 J/m以上，为高性能3D/4D打印材料开发提供新思路。

　　

在3D/4D打印技术快速发展的背景下，材料性能的局限性成为制约其应用的关键瓶颈。聚乙烯 terephthalate glycol（PETG）具有优异的形状固定性但恢复能力不足，而热塑性聚氨酯（TPU）虽弹性卓越却难以保持形状。如何将两者的优势结合，开发兼具高固定性与高恢复性的智能材料，成为研究者亟待解决的难题。更棘手的是，PETG与TPU的固有不相容性会导致共混物界面缺陷，直接影响打印件的力学性能和功能表现。

为突破这一瓶颈，发表于《Reactive and Functional Polymers》的研究系统评估了三种增容策略对PETG/TPU共混体系的优化效果。通过熔融共混制备 filaments（打印丝材），采用SEBS（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物）、SEBS-MA（马来酸酐化SEBS）和E-GMA（乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯）作为增容剂，研究团队从化学结构、流变行为、微观形貌等多维度解析了增容机制。

关键技术方法
研究采用熔融共混法制备PETG/TPU（70/30 wt%）复合材料，通过双螺杆挤出机制备直径1.75 mm的打印丝材。利用熔体流动速率仪（MFR）评估加工性能，扫描电镜（SEM）观察相形态，动态机械分析（DMA）测试形状记忆行为，并依据ASTM标准进行拉伸、冲击等力学测试。

研究结果

1. 形态学分析：SEM显示未增容体系存在明显相分离，而E-GMA增容样品呈现均匀的"海-岛"结构，界面厚度减少约48%，证实其高效的反应性增容作用。
2. 流变性能：SEBS-MA体系复数粘度较对照组提升2.3倍，表明马来酸酐基团与PETG端羟基的酯化反应增强了分子链缠结。
3. 形状记忆效应：E-GMA增容样品在70°C刺激下实现98.2%的形状恢复率（较未增容体系提高12.7%），归因于环氧基团与TPU氨基的原位交联。
4. 力学性能突破：E-GMA体系呈现超韧特性，冲击强度达657 J/m，断裂伸长率提升550%，且杨氏模量与拉伸强度同步增长，打破传统"强度-韧性"倒置关系。

结论与意义
该研究首次证实反应性增容策略（特别是E-GMA）可通过降低界面张力、诱导原位交联，显著提升PETG/TPU体系的综合性能。其开发的超韧材料不仅满足4D打印对形状记忆性能的严苛要求，更为多材料集成打印提供了新范式。这项成果为智能医疗器械、柔性电子器件等领域的定制化制造开辟了道路，标志着聚合物共混技术向高性能化迈出关键一步。