編輯總結
熱塑性聚合物可以重新熔化和再利用，而熱固性聚合物通常需要將其分解為單體才能進行有效回收，這只有在聚合物設計時才有可能考慮到這一特性。本文探討了利用木質素衍生的建筑塊制作三維（3D）打印的循環樹脂的潛力（參見Lopez de Pariza和Sardon的觀點）。在打印過程中，光聚合反應形成了二硫縮醛鍵。在嘗試重新使用材料時，作者通過催化熱解二硫縮醛鍵，部分將聚合物轉化為光反應性低聚物，而不是將其分解為單體。這使得每次打印周期都能實現循環使用且不會損失性能。—Marc S. Lavine
研究背景
一種閉環塑料回收的方法依賴于將聚合物還原為單體，因為這樣可以在不損失性能的情況下制造新的塑料。這種解聚要求限制了分子設計，需要制造具有高機械性能的聚合物。
鑒于此，浙江大學謝濤教授、鄭寧教授等人在Science期刊上發表了題為“Circular 3D printing of high-performance photopolymers through dissociative network design”的最新論文。該團隊報道了一種通過逐步光聚合形成二硫縮醛鍵的三維（3D）打印化學方法。通過解離二硫縮醛鍵，可以將聚合物化網絡轉化為光反應性低聚物。
該網絡-低聚物轉化是可逆的，因此可以使用相同材料進行循環3D打印。我們的方法提供了在聚合物網絡骨架設計中進行模塊化調整的靈活性，使其能夠制備具有高機械韌性的全可回收彈性體、結晶聚合物和剛性玻璃態聚合物，因此在多種應用中具有潛在的適用性。
研究亮點
1. 實驗首次設計了閉環可回收的光聚合物網絡，通過光聚合反應形成二硫縮醛鍵，使得聚合物能夠在每個打印周期后部分回轉為光反應性低聚物，實現循環使用而不會損失性能。
2. 實驗通過逐步光聚合形成聚合物網絡，并利用催化熱解二硫縮醛鍵的方式將聚合物部分解聚為低聚物。該方法不僅保證了高回收效率，還提供了聚合物主骨架設計的模塊化調節性。
3. 研究通過模型化合物實驗驗證了該解離光化學的有效性，表明通過調節聚合物網絡的結構，可以調控其機械性能和回收能力。
4. 實驗通過合成與表征，成功開發了具有高機械性能且可循環使用的3D打印光聚合物網絡，證明了該方法對不同類型聚合物的適用性，包括彈性體、結晶聚合物和剛性玻璃態聚合物。
圖文解讀
圖1. 閉環可回收光聚合物網絡的設計。
圖2. 解離光化學的模型化合物研究。
圖3. 光聚合物網絡的合成與表征。
圖4. 循環3D光打印及其應用。
結論展望
3D光打印塑料正成為主流制造技術，但高昂的樹脂成本和日益增加的3D打印廢料流量引發了擔憂。本文的循環光打印材料解決了這兩個問題。特別是，解決完全可回收性與高機械性能之間的矛盾，克服了實際應用中的一個主要障礙。使用解離光化學的基本化學原理有潛力擴展到除了二硫縮醛之外的其他動態化學。依賴聚合物網絡與其低聚物片段之間的動態解離平衡，拓寬了閉環回收塑料的范圍，超越了傳統的聚合物-單體還原方法。
原文詳情：
Bo Yang et al. ,Circular 3D printing of high-performance photopolymers through dissociative network design.Science388,170-175(2025).DOI:10.1126/science.ads3880
