可用于PμSL 3D打印的高強度苯并惡嗪

聚苯并惡嗪（polybenzoxazines，PBZs），是一類高性能熱固性酚醛塑料。因其優異的熱穩定性、力學性能、高的殘碳率、優異的阻燃性、低吸水率、幾乎為零的體積收縮率，使得PBZs在眾多領域都有廣泛的應用，例如防腐涂層、電子、航空復合材料、混紡纖維以及合金等。然而，PBZs本身比較脆，并且因其高的固化溫度（通常為180-250 ℃）而導致加工性差。此外，常規的制備工藝例如擠出和熔融都十分難制備復雜的PBZs結構，這也大大限制了其進一步的應用。

3D打印技術是一種創新性的材料加工技術，可突破材料限制實現傳統加工方式難以制備的三維復雜結構。在眾多3D打印技術中，基于光聚合的面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術因其制備的結構具有高精度和微小的細節尺寸的特點而廣受關注。進一步地，通過將上述光固化3D打印技術與熱固化處理相結合，可有效實現具有復雜三維結構的高性能功能化器件。

基于上述背景，南洋理工大學胡曉課題組設計并合成了低粘度的可光固化苯并惡嗪（Benzoxazine，BZs），并使用PμSL 3D打印技術實現了三維復雜結構的成型。初步研究結果表明，制備所得的雙固化PBZs具有很高的玻璃化轉變溫度Tg （264 ℃）和彎曲模量（4.91 GPa），且通過使用高精度PμSL打印設備（nanoArchS140，摩方精密）和熱處理可對該體系的PBZs進行復雜三維結構的制備。這些發現都極為有利地推動了可光固化3D打印BZ材料的設計，并為高效制造高性能熱固性材料以滿足各種高要求的工程應用提供了一種新途徑。該研究成果，以“The molecular design of photo-curable and high-strengthbenzoxazine for 3D printing”為題發表在Chemical Communication上。

原文鏈接：
https://doi.org/10.1039/D0CC07801H

圖1.(a) 合成路線；(b) BZ-C2, BZ-C5和BZ-BA粘度與剪切速率的對比曲線； (c) BZ-C2 和BZ-C5 在稀釋的三氯.甲烷溶劑中的UV吸收光譜；(d)PBZ-C2在不同溫度下固化的DSC曲線；(e) 光固化BZ-C2/C5和PBZ-C2/C5 在N₂氣氛下TGA （熱重分析）。

圖二 (a) 存儲模量 (插圖:測試樣條)；(b) BZ-C2/C5和PBZ-C2/C5 tan ?（Tg的指標參數）隨溫度變化曲線；(c) PBZ-C2和PBZ-C5在不同溫度下熱固化的彎曲應力-應變曲線；(d)光固化BZ和PBZ的開環實驗機理以及相應的網絡結構示意圖。

表一使用摩方精密nanoArch S140設備打印的不同3D結構熱處理前后的尺寸變化。