基于位阻脲键的可机械调控、形状记忆、可回收及可重复打印的3D打印聚氨酯材料研究

为解决光固化3D打印材料不可回收及功能单一的问题，研究人员通过溶剂法合成含位阻脲键（HUB）的聚氨酯丙烯酸酯（PUB）预聚物，开发出兼具可回收性、形状记忆及机械性能可调的3D打印材料（PUB/IBOA）。该材料在90℃下动态解离HUB实现化学回收，并通过调节预聚物分子量优化力学性能，为可持续智能材料设计提供新策略。

　　

研究背景与意义
光固化3D打印技术（如DLP和LCD）因高精度和复杂结构成型能力成为工业升级的关键工具，但其依赖的多功能单体交联网络导致材料不可回收，加剧环境负担。同时，现有智能材料（如形状记忆聚合物）难以兼顾可回收性与性能调控。如何通过化学设计实现材料的多功能集成，成为突破应用瓶颈的核心问题。

研究设计与方法
浙江大学团队在《European Polymer Journal》发表研究，通过溶剂法合成含位阻脲键（hindered urea bond, HUB）的聚氨酯丙烯酸酯（PUB）预聚物，与光引发剂I-819及稀释剂IBOA混合，采用LCD打印技术制备PUB/IBOA材料。关键实验包括：1）调节PTMEG分子量（M_n1000/M_n2000/M_n2900）控制交联密度；2）利用HUB在90℃动态解离特性，通过–NCO与TBEMA的–NH再生单体实现化学回收；3）通过拉伸测试和形状恢复实验评估力学与记忆性能。

研究结果

1. 预聚物合成与表征
   通过FT-IR和¹H NMR验证PUB结构，发现PTMEG分子量增加（M_n1000→M_n2900）使材料拉伸强度从18.7 MPa降至9.3 MPa，断裂伸长率从120%升至320%，实现力学性能精准调控。

2. 可回收性验证
   PUB₁/IBOA材料经三次回收后，拉伸强度保持率>90%，且再生预聚物黏度稳定，未影响打印精度，突破传统热固性材料不可循环的局限。

3. 形状记忆功能
   材料在60℃下可编程为临时形状，并在加热至90℃时100%恢复初始形态，适用于大型产品的压缩运输。

结论与意义
该研究通过HUB动态化学键设计，首次实现3D打印材料可回收性、形状记忆与力学可调的多功能集成。其环境友好特性（无催化剂、溶剂）和工业化兼容性（低温回收）为智能材料开发提供新范式，推动循环经济发展。通讯作者Meng Ma指出，未来可拓展至生物医学支架等高端应用。