聚苯并惡嗪（polybenzoxazines，PBZs），是一類(lèi)高性能熱固性酚醛塑料。因其優(yōu)異的熱穩定性、力學(xué)性能、高的殘碳率、優(yōu)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(lǐng)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(jìn)一步的應用。

3D打印技術(shù)是一種創(chuàng )新性的材料加工技術(shù)，可突破材料限制實(shí)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(shù)中，基于光聚合的面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術(shù)因其制備的結構具有高精度和微小的細節尺寸的特點(diǎn)而廣受關(guān)注。進(jìn)一步地，通過(guò)將上述光固化3D打印技術(shù)與熱固化處理相結合，可有效實(shí)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(xué)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(shù)實(shí)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(guò)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(jìn)行復雜三維結構的制備。這些發(fā)現都極為有利地推動(dòng)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(mǎn)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(fā)表在Chemical Communication上。

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

圖1.(a) 合成路線(xiàn)；(b) BZ-C2, BZ-C5和BZ-BA粘度與剪切速率的對比曲線(xiàn)； (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(xiàn)；(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(xiàn)；(c) PBZ-C2和PBZ-C5在不同溫度下熱固化的彎曲應力-應變曲線(xiàn)；(d)光固化BZ和PBZ的開(kāi)環(huán)實(shí)驗機理以及相應的網(wǎng)絡(luò )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。