Effektiv kædeoverførsel til 3D-print af robuste fotopolymerer

Et stadigt voksende antal belægninger, inklusive lakker og trykfarver, samt tandfyldninger, hærdes med lys. Endnu, homogen, skræddersyet, polymernetværk kan ikke fremstilles, og materialerne har tendens til at være skøre, hvilket begrænser brugen af ​​fotopolymerer i applikationer som 3-D-print, biomedicin, og mikroelektronik. I journalen Angewandte Chemie , forskere præsenterer en metode, hvorved methacrylat-baserede, homogent tværbundet, skræddersyet, der kan laves hårde polymerer – selv ved høj opløsning til 3-D-print.

Lyshærdning er normalt en radikal kædepolymerisation. En initiator opdeles i radikaler af lysenergi. Disse angriber derefter monomeren, såsom C=C-dobbeltbindingen i en vinylgruppe, som danner et nyt radikal, der bliver udgangspunktet for et voksende polymernetværk ved at angribe flere monomerer og binde sig til dem.

Nyere metoder til bedre at kontrollere radikal fotopolymerisering og produkternes materialeegenskaber har en tendens til at bremse hærdningsprocessen, hvilket ikke er ideelt til 3D-print. En kort bestrålingsfase er kritisk for høj rumlig opløsning og økonomiske produktionstider.

En ny tilgang til skræddersyet produktion af methacrylat-baserede fotopolymerer uden at hæmme hærdningsprocessen er blevet udviklet af et team ledet af Robert Liska ved det tekniske universitet i Wien (Østrig). Deres succes afhænger af tilsætningen af ​​en ester-aktiveret vinylsulfonatester (EVS), der fungerer som et kædeoverførselsmiddel. Den aktiveres, fordi den let adskiller en del af sig selv.

Hvis det voksende polymernetværk angriber EVS i stedet for den næste monomer, et mellemprodukt dannes og spaltes hurtigt for at danne en termineret polymerkæde i netværket og et stærkt reaktivt radikal (tosylradikal), som starter en ny kædereaktion. Jo mere EVS tilføjes, jo kortere er den gennemsnitlige kædelængde i polymernetværket. Fordi kortere polymerkæder forbliver mobile længere, faren for svindrevner under hærdning reduceres væsentligt. I modsætning til konventionelle kædeoverførselsmidler, polymerisationen er ikke hæmmet, fordi der ikke er nogen stabile mellemprodukter eller reversible reaktionstrin involveret. Afspaltning af tosyl-radikalet foretrækkes.

Forskerne forberedte en stilladslignende prøvestruktur ved hjælp af en methacrylatcopolymer. Individuelle lag med en tykkelse på 50 µm blev rumligt godt opløst. Materialet er meget homogent, solid, men elastisk og slagfast med høj trækstyrke. Disse egenskaber kan justeres ved at ændre mængden af ​​tilføjet EVS. Uden EVS, materialet var meget skørt. Denne nye tilgang baner vejen for hårde, fotopolymerer til anvendelse i biomedicin, såsom formhukommelsespolymerer til vævsvækst og som fyldninger til tænder.