3D打印甲基丙烯酸酯基聚合物在不同化学环境中的热机械劣化与分子降解机制研究

这篇综述系统研究了立体光刻(SLA)3D打印甲基丙烯酸酯基聚合物在极性/非极性溶剂及强酸环境中的老化行为。通过溶胀动力学、FTIR光谱和质谱(MS)等多维分析，揭示了硝酸(HNO3)引发的酯基酸催化水解是主要降解途径，导致拉伸强度下降3倍以上，而非极性溶剂(二甲苯/十二烷)中材料性能保持稳定。研究为工业应用中3D打印聚合物的化学稳定性评估提供了重要数据支撑。

　　

Highlight

材料降解的溶胀特征

为探究SLA打印甲基丙烯酸酯基聚合物的化学降解机制，研究团队系统分析了不同化学暴露条件下的溶胀行为。如图2所示，溶胀程度既能反映化学相容性，也是间接评估扩散、水解和聚合物网络断裂的关键指标——这些过程直接影响材料机械性能和使用寿命。

图2a-b展示了条形和圆盘样品溶胀率的时序变化...

讨论

化学环境驱动的降解模式

研究表明，甲基丙烯酸酯-聚氨酯网络在不同化学环境中的降解特征与溶剂极性、质子性和化学反应性密切相关。酸性介质中，6 mol L^-1 HNO₃引发的酯键断裂导致材料出现最严重的网络结构破坏，这与FTIR检测到的羧酸基团特征峰(1700 cm^-1)增强现象相互印证。相比之下，非极性溶剂中的降解主要表现为物理塑化，DMA检测显示其玻璃化转变温度(T_g)保持稳定。

结论

本研究通过12周加速老化实验，揭示了化学环境特性(极性/反应性)与SLA打印甲基丙烯酸酯聚合物降解程度的关联规律。特别发现：

• 强酸环境引发酯基水解，导致机械性能断崖式下降

• 极性溶剂通过扩散控制塑化影响材料性能

• 非极性溶剂中材料保持最佳稳定性

这些发现为3D打印聚合物在严苛工业环境中的应用提供了关键设计依据。