光固化3D打印高性能聚氨酯弹性体研究获新进展

近日，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料重点实验室3D打印摩擦器件组在光固化3D打印高性能聚氨酯弹性体研究方面取得重要进展。研究人员通过调控光敏聚氨酯预聚物的化学结构发展了具有优异光固化3D打印成形能力的高性能聚氨酯弹性体材料，构筑了机械承载稳定性的生物医用支架和具有仿生双梯度结构的阻尼减振、消音降噪等概念性功能器件。相关论文发表于Materials Horizons和Chemical Engineering Journal。

聚氨酯弹性体是一类具有优异机械性能的高分子材料，其独特的软段结构提供了良好的弹性和柔韧性，而硬段结构则赋予了其高的强度和耐磨性。这种相分离结构使性能各异的聚氨酯弹性体在汽车、医疗、电子和纺织等领域得到了广泛应用。

然而，传统的聚氨酯弹性体加工方法，如注塑和浇注，通常需要较高的温度和压力，且模具制造复杂、成本高。而光固化3D打印技术具有快速成型、高精度和复杂结构制造能力，使之成为制造聚氨酯弹性体的理想方法。

研究人员通过在聚氨酯前驱体中引入了脲基和酯基，发展了多重氢键诱导的可快速光固化3D打印的超分子聚氨酯弹性体，获得的弹性体具有优异的高弹性、高强度、韧性以及良好的生物相容性和血液相容性。具有高精度光固化3D打印性能的聚氨酯弹性体综合了高性能与快速结构制造方面的优势，为具有优异抗压缩承载能力和机械稳定性等特性的复杂柔性结构生物医疗器械的制造提供了新的材料技术方案。

另外，受向日葵髓双梯度结构启发，研究人员采用光固化3D打印聚氨酯弹性体设计构筑了具有孔径和壁厚双梯度变量的仿生双梯度结构聚氨酯。这种仿生双梯度结构聚氨酯具有选择性的抗屈曲性以及各向异性的机械性能和耗散行为，有效提升了其比强度、能量吸收和抗撕裂性特性，解决了传统多孔泡沫材料性能调控难、功能单一等问题，在阻尼缓冲减振和消音降噪等领域具有很好的应用潜景。

相关论文链接：https://doi.org/10.1039/D4MH01191K

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156740

多氢键诱导的光固化3D打印聚氨酯弹性体及生物医用支架。兰州化学物理研究所供图。