英文原题：3D Printing Resins Involving Exclusively Bio-Based Compounds - Can Precursors for Commercial Vat Photopolymerization Comprise Only Biobased Molecules?

通讯作者：Vojtěch Jašek，捷克布尔诺理工大学化学学院材料化学研究所

作者：Vojtěch Jašek*，Radek Přikryl

研究背景：

槽式光聚合通过光照选择性固化液态树脂，能够获得高精度、复杂结构的热固性制件，是立体光刻、数字光处理和掩膜立体光刻等技术的共同基础。与可直接使用聚乳酸等固态生物基材料的熔融沉积打印不同，槽式光聚合依赖一套协同配方：主体光固化树脂决定网络结构，反应型稀释剂调节流动性并参与交联，光引发剂负责把光能转化为聚合活性中心。目前商业体系多采用丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或环氧树脂，配合石油基低分子稀释剂以及传统光引发剂。它们固化快、力学性能稳定，却可能具有刺激性、挥发性和健康风险。更值得警惕的是，许多被称为“生物基”的体系只在碳骨架上来自植物油、木质素或萜烯，随后仍使用石油基丙烯酰化试剂、甲基丙烯酰化试剂、溶剂、催化剂或光引发剂，因此不能视为真正的全生物基配方。在这篇观点文章中，作者把“全生物基”限定为全部关键前驱体均由生物技术生产、从生物质提取或由天然复杂物质重整获得，并围绕“主体树脂、反应型稀释剂和光引发体系能否同时摆脱石油原料”重新审视已有研究。

图1.化石基光固化树脂的性能优势与全生物基反应体系的主要瓶颈（原文图6）

内容介绍：

在主体树脂方面，衣康酸被作者视为最重要的平台分子。它可由微生物发酵获得，同时具有可聚合双键和两个羧基，既能构筑光固化聚酯，也能进一步制备低分子衣康酸酯。代表性路线是以衣康酸二甲酯和天然月桂烯进行环加成，再与二醇缩聚形成可光固化聚酯；当配方采用全生物基衣康酸酯组分时，可得到高生物基含量的韧性材料。环氧化亚麻籽油和环氧化大豆油则可通过阳离子聚合固化，避免自由基体系常见的表面氧阻聚，并可与核桃壳粉、麻纤维等生物来源填料复合。不过，植物油和聚酯通常黏度高、反应慢，部分配方仍要依赖石油基交联剂，说明“原料来自生物质”不等于“整套树脂全生物基”。反应型稀释剂是决定打印能否顺利运行的第二个关键。文献建议槽式光聚合树脂的黏度尽量不超过约5000毫帕·秒，而许多生物基低聚物远高于这一水平。衣康酸单酯、二酯和非对称二酯，以及由阿魏酸获得的4-乙烯基愈创木酚乙酸酯，是目前最有希望的全生物基稀释剂。它们不仅降低黏度，也会改变固化速率、交联密度、表面能和力学性能。分子设计必须处理一个内在矛盾：羟基、胺基和酰胺等极性基团能够提高反应活性，却会通过氢键显著抬高黏度；因此主体树脂宜减少强极性基团，而适量极性功能可集中到低分子稀释剂中。第三个难点是光引发。核黄素、香豆素、姜黄素、黄酮和叶绿素等天然分子能够吸收可见光，但多数属于需要助引发剂的Ⅱ型体系，活性通常低于商用Ⅰ型光引发剂。已有研究表明，姜黄素可与生物基甘油协同引发聚合，八种受试聚合物的平均转化率为53.6%，证明完全采用生物来源引发组分具有可行性；其进一步应用仍取决于在非极性树脂中的溶解性、吸收波段与打印光源的匹配以及助引发剂效率。

图2.全生物基3D打印体系的候选组分与构建路径（原文图11）

总结与展望：

作者对题目所提出问题的回答是“可以，但必须接受明确的条件与性能代价”。现有全生物基树脂通常需要每层22至100秒甚至更长的曝光，明显慢于商业体系每层3至10秒的速度；常见的405纳米光源也未必能高效激发天然光敏分子。更可行的设计原则是：主体树脂采用短至中等长度骨架并配置多个可聚合位点，同时减少过度支化和强氢键基团；反应型稀释剂应兼具低分子量、低黏度、高反应活性和与主体树脂相近的溶解参数；光引发剂则应先解决溶解性，再通过结构调控匹配吸收波段，并配合安全高效的生物基助引发剂。

这篇文章的价值并非给出一个已经可以直接商业替代的单一配方，而是建立了评价全生物基槽式光聚合体系的完整框架。生物来源并不自动等同于可持续：高温酯化、危险酰卤、挥发性溶剂、昂贵催化剂以及缺失的终端回收方案，都可能抵消生物基碳骨架带来的环境收益。后续研究应同步报告黏度、临界固化能、单层曝光时间、力学性能、生物基含量、毒理与挥发性数据，并开展覆盖原料、合成、打印和报废阶段的全生命周期评价。只有在反应效率、加工安全、规模化成本与材料终端命运之间形成平衡，全生物基槽式光聚合树脂才可能由概念验证走向真正的商业应用。

Cite this:Jašek, V.; Přikryl, R. 3D Printing Resins Involving Exclusively Bio-Based Compounds - Can Precursors for Commercial Vat Photopolymerization Comprise Only Biobased Molecules.Precision Chemistry2026.

https://doi.org/10.1021/prechem.6c00065