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High-performance, high biobased content, self-repairable, and recyclable biobased photopolymers for UV-curing 3D printing
Industrial Crops and Products ( IF 5.6 ) Pub Date : 2024-12-14 , DOI: 10.1016/j.indcrop.2024.120299 Hang Zhou, Chengguo Liu, Jia Huang, Yanlin Li, Guoqiang Zhu, Chuanwei Lu, Jianfeng Yao, Haijun Xu, Ping Zhao
Industrial Crops and Products ( IF 5.6 ) Pub Date : 2024-12-14 , DOI: 10.1016/j.indcrop.2024.120299 Hang Zhou, Chengguo Liu, Jia Huang, Yanlin Li, Guoqiang Zhu, Chuanwei Lu, Jianfeng Yao, Haijun Xu, Ping Zhao
Incorporation of renewable resources, green synthesis methods, self-repairability, and recyclability into the fabrication of UV-curing 3D printing materials can greatly improve the sustainability of such advanced materials. In this work, we report the development of castor oil (CO)-based polyurethane acylate resins containing dynamic disulfide bonds (COPUA-SS) for UV-curing 3D printing via a ‘one-pot no-solvent’ method involving the empolyment of a biobased diluent, tetrahydrofurfuryl methacrylate, as sovlent. By varying the feed ratios, a set of UV-curing 3D printing materials with tunable thermal, mechnical, and dynamic properties as well as biobased contents were obtained. Notably, the optimal resin (COPUA-SS4) possessed excellent thermal and mechanical properties (a Tg of 94.6 °C and tensile strength of 70.4 MPa), high bio-based content (40.3 %), and relatively fast stress relaxation (15.8 min at 180 °C). By adding a UV blocker into the optimal resin, excellent UV-curing 3D printing performance were achieved. Furthermore, the 3D printed objects based on the optimal resin demonstrated superior self-repairability, recyclability, and plasticity as well as good shape memory properties. For instance, the materials demonstrated a healing efficiency of 100 % under heating at 160 °C for 30 min and a recycling efficiency of tensile modulus up to 168.4 % after the first recycling. This study paves the way to develop UV-curing materials with high performance and more sustainability, which show great promise to be applied in 3D printing structural areas like artefacts.
中文翻译:
用于 UV 固化 3D 打印的高性能、高生物基含量、可自我修复和可回收的生物基光敏聚合物
将可再生资源、绿色合成方法、自我修复性和可回收性纳入 UV 固化 3D 打印材料的制造中,可以大大提高此类先进材料的可持续性。在这项工作中,我们报道了含有动态二硫键 (COPUA-SS) 的蓖麻油 (CO) 基聚氨酯酰化酯树脂的开发,用于通过“一锅无溶剂”方法进行紫外线固化 3D 打印,该方法涉及生物基稀释剂甲基丙烯酸四氢呋喃酯,作为补充。通过改变进料比例,获得了一组具有可调热、机械和动态特性以及生物基成分的 UV 固化 3D 打印材料。值得注意的是,最佳树脂 (COPUA-SS4) 具有优异的热和机械性能(Tg 为 94.6 °C,拉伸强度为 70.4 MPa)、高生物基含量 (40.3 %) 和相对较快的应力松弛(180 °C 下 15.8 分钟)。通过在最佳树脂中添加 UV 阻断剂,实现了出色的 UV 固化 3D 打印性能。此外,基于最佳树脂的 3D 打印物体表现出卓越的自我修复性、可回收性和可塑性,以及良好的形状记忆特性。例如,这些材料在 160 °C 加热 30 分钟后表现出 100% 的愈合效率,并且在第一次回收后拉伸模量的回收效率高达 168.4%。这项研究为开发高性能和更具可持续性的 UV 固化材料铺平了道路,这些材料有望应用于人工制品等 3D 打印结构领域。
更新日期:2024-12-14
中文翻译:
用于 UV 固化 3D 打印的高性能、高生物基含量、可自我修复和可回收的生物基光敏聚合物
将可再生资源、绿色合成方法、自我修复性和可回收性纳入 UV 固化 3D 打印材料的制造中,可以大大提高此类先进材料的可持续性。在这项工作中,我们报道了含有动态二硫键 (COPUA-SS) 的蓖麻油 (CO) 基聚氨酯酰化酯树脂的开发,用于通过“一锅无溶剂”方法进行紫外线固化 3D 打印,该方法涉及生物基稀释剂甲基丙烯酸四氢呋喃酯,作为补充。通过改变进料比例,获得了一组具有可调热、机械和动态特性以及生物基成分的 UV 固化 3D 打印材料。值得注意的是,最佳树脂 (COPUA-SS4) 具有优异的热和机械性能(Tg 为 94.6 °C,拉伸强度为 70.4 MPa)、高生物基含量 (40.3 %) 和相对较快的应力松弛(180 °C 下 15.8 分钟)。通过在最佳树脂中添加 UV 阻断剂,实现了出色的 UV 固化 3D 打印性能。此外,基于最佳树脂的 3D 打印物体表现出卓越的自我修复性、可回收性和可塑性,以及良好的形状记忆特性。例如,这些材料在 160 °C 加热 30 分钟后表现出 100% 的愈合效率,并且在第一次回收后拉伸模量的回收效率高达 168.4%。这项研究为开发高性能和更具可持续性的 UV 固化材料铺平了道路,这些材料有望应用于人工制品等 3D 打印结构领域。