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奧地利維也納技術大學(TU Wien)開發了一種新方法,用於定制均勻交聯堅韌的甲基丙烯酸酯基光聚合物的高分辨率3D打印。

許多塗料,包括牙齒填料,清漆和印刷油墨,都用光固化,但不能生產出均勻的定制的聚合物網絡。即使您管理它,資料也會變脆,這限制了將光聚合物用於3D打印,生物醫學和微電子等應用的能力。

在Angewandte Chemie期刊上,研究人員發表了一篇題為「乙烯基磺酸酯:高效鏈轉移劑用於3D無瑕疵光敏聚合物印刷的鏈轉移劑」的論文,該論文解釋了一種基於甲基丙烯酸酯,均勻交聯,定制,堅韌的聚合物的製作方法–即使在高解析度下進行3D打印。

通過光引發自由基聚合形成網絡使得定制網路設計幾乎沒有自由。由此產生的不均勻網絡結構和這種玻璃類網絡的脆性資料行為限制了光聚合物在3D打印,生物醫學和微電子學中的商業應用。酯活化的乙烯基磺酸酯(EVS)用於快速形成定制的基於甲基丙烯酸酯的網絡。由EVS誘導的鏈轉移步驟降低了光聚合物的動力學鏈長度,從而將凝膠點轉變為更高的轉化率,這導致收縮應力降低和總轉化率更高。由此產生的更均勻的網絡是資料高韌性的原因。 EVS促進幾乎無延遲聚合的獨特性質可歸因於在轉移步驟後不形成可聚合雙鍵的事實,如在經典鏈轉移劑中常見的那樣。雷射閃光光解,理論計算和光反應器研究用於闡明EVS的快速鏈轉移反應和特殊調節能力。最終的光聚合物網絡表現出改善的機械效能,使EVS成為堅韌光聚合物3D打印的傑出候選者。

光固化通常是自由基鏈聚合,其中光能將引發劑分裂成攻擊單體的自由基。然後,形成新的自由基,通過攻擊更多的單體並與它們結合而成為增長的聚合物網絡的起點。

更好地控制自由基光聚合的新方法和產品的資料性質往往會減慢固化過程,這對於3D打印來說並不理想。短照射階段對於高空間分辯率和經濟的生產時間是至關重要的。

由維也納科技大學(奧地利)的Robert Liska領導的團隊開發了一種新方法,用於定制生產基於甲基丙烯酸酯的光聚合物而不會抑制固化過程。他們的方法使用酯活化的乙烯基磺酸酯(EVS)作為鏈轉移劑,因為它可以容易地從其自身的一部分上分離以啟動該過程。

如果不斷增長的聚合物網絡攻擊EVS而不是另一種單體,則會形成中間體,並迅速分裂形成網絡中終止的聚合物鏈和高反應性基團(甲苯磺醯基),這反過來又會引發新的鏈式反應。添加的EVS越多,聚合物網絡的平均鏈長就越短。由於較短的聚合物鏈保持較長的移動性,因此在固化過程中收縮裂縫的危險顯著降低。

與常規鏈轉移劑相反,在該新方法中聚合不受抑制,因為不存在穩定的中間體或可逆的反應步驟。分離出甲苯磺醯基是有利的。為了測試它,研究人員使用甲基丙烯酸酯共聚物建立了類似支架的樣品結構。厚度為50μm的各個層在結構中在空間上很好地分辨。該資料非常均勻,堅固但具有彈性和抗衝擊性,具有高拉伸強度。可以通過更改添加的EVS數量來調整這些內容。沒有EVS,資料太脆,無法進行3D打印。這種新方法為堅韌的光聚合物製備用於生物醫學應用,例如用於組織生長和牙齒填充的形狀記憶聚合物。

來源:中國3D打印網