Zespół badawczy TU Wien opracowuje metodę drukowania w wysokiej rozdzielczości trójwymiarowych twardych, homogenicznych fotopolimerów

Wiele powłok, w tym wypełnienia zębów, farby drukarskie i lakiery, jest utwardzanych światłem, ale brakowało możliwości wytworzenia jednorodnych, dostosowanych do potrzeb sieci polimerowych. Nawet jeśli sobie z tym poradzisz, materiały mogą być kruche, co ogranicza możliwość użycia fotopolimerów do takich zastosowań, jak druk 3D, mikroelektronika i biomedycyna. Ale zespół naukowców, kierowany przez profesora TU Wien, Roberta Liskę, niedawno opublikował artykuł w czasopiśmie Angewandte Chemie, zatytułowany "Estry winylo-sulfonianowe: wydajne środki przeniesienia łańcucha do druku 3D wytrzymałych fotopolimerów bez opóźnień", który wyjaśnia ich nową metodę do drukowania trójwymiarowych, wytrzymałych fotopolimerów.

Streszczenie brzmi: "Tworzenie sieci za pomocą inicjowanej światłem polimeryzacji rodnikowej zapewnia niewielką swobodę w dostosowywaniu projektu sieci. Powstające niejednorodne architektury sieciowe i kruche zachowanie materiałów w takich szklistych sieciach ogranicza komercyjne zastosowanie fotopolimerów w druku 3D, biomedycynie i mikroelektronice. Aktywowany estrowo winylosulfonian (EVS) jest prezentowany do szybkiego tworzenia dopasowanych sieci opartych na metakrylanach. Etap przeniesienia łańcucha indukowany przez EVS zmniejsza kinetyczną długość łańcucha fotopolimeru, przesuwając w ten sposób punkt żelu na wyższą konwersję, co skutkuje zmniejszonym naprężeniem skurczowym i wyższą całkowitą konwersją. Powstała, bardziej jednorodna sieć jest odpowiedzialna za wysoką wytrzymałość materiału. Unikalną właściwość EVS do promowania polimeryzacji o prawie wolnym uwalnianiu można przypisać temu, że po etapie przenoszenia nie tworzy się żadne polimeryzowalne podwójne wiązanie, jak to zwykle obserwuje się w klasycznych przenośnikach łańcucha. Wykorzystano fotolizę flash flash, obliczenia teoretyczne i badania fotoreaktorów w celu wyjaśnienia reakcji transferu o szybkim łańcuchu i wyjątkowej zdolności regulacji EVS. Końcowe sieci fotopolimerowe wykazują ulepszone właściwości mechaniczne, co sprawia, że ​​EVS jest wybitnym kandydatem do drukowania trójwymiarowych twardych fotopolimerów. "

Metoda utwardzania światłem to najczęściej polimeryzacja łańcuchowa, w której energia światła dzieli inicjator na rodniki które atakują monomer. Następnie powstaje nowy rodnik, który staje się podstawą dla sieci polimerowej, która nadal rośnie przez atakowanie i wiązanie z dodatkowymi monomerami.

Konieczne jest, aby krótszy czas naświetlania i szybszy czas produkcji oraz wysoka rozdzielczość przestrzenna faza, dlategonowsze metody kontroli właściwości materiału i radykalnej fotopolimeryzacji spowalniają proces utwardzania - nie nadają się do drukowania 3D.

Podejście zespołu TU Wien do produkcji fotopolimerów na bazie metakrylanu - bez hamowania procesu utwardzania - wykorzystuje ester -aktywowany ester winylosulfonianowy (EVS) jako środek przenoszący łańcuch, ponieważ może łatwo oddzielić część siebie w celu aktywacji procesu.

Jeśli rosnąca sieć polimerowa nie atakuje innego monomeru, zamiast tego atakuje EVS, powstanie związek pośredni, a następnie szybko rozdzielony w celu utworzenia wysoce reaktywnego rodnika (rodnik tosylu) i zakończonego łańcucha polimeru, który z kolei rozpocznie nową reakcję łańcuchową. Im więcej EVS dodasz, tym krótsza będzie przeciętna długość łańcucha sieci polimerowej. To dobra wiadomość - krótsze łańcuchy polimerowe mogą dłużej pozostawać mobilne, co zmniejsza ryzyko pęknięć skurczowych podczas procesu utwardzania.

Polimeryzacja nie jest hamowana w tym nowym procesie, który jest bezpośrednim przeciwieństwem konwencjonalnego łańcucha środki przenoszące, ponieważ nie ma żadnych odwracalnych kroków reakcji do podjęcia lub stabilnych związków pośrednich; jak mówi Wiley, "odszczepienie rodnika tosylowego jest uprzywilejowane".

Dla celów testowych zespół zbudował próbną strukturę przypominającą rusztowanie z użyciem kopolimeru metakrylanowego. Poszczególne warstwy, o grubości 50 μm, były przestrzennie dobrze rozdzielone w strukturze - materiał jest stały, ale również elastyczny, jednorodny, o dużej wytrzymałości na rozciąganie i udarności. Wszystkie te właściwości można łatwo regulować, zmieniając liczbę EVS dodawanych do miksu; brak EVS sprawia, że ​​materiał jest kruchy, aby można go było drukować w 3D.

Współautorami artykułu są dr Konstanze Seidler, dr Markus Griesser z University of Ottawa, Markus Kury, dr Reghunathan Harikrishna, dr Peter Dorfinger, dr Thomas Koch, Anastasiya Svirkova, profesor Martina Marchetti-Deschmann, profesor Juergen Stampfl, profesor Norbert Moszner z zakładu dentystycznego Ivoclar Vivadent AG z Lichtensteinu, dr Christian Gorsche i profesor Liska.