Impressão 3D e Modificação da superfície in situ através da polimerização da cadeia de adição reversível do tipo I fotoinitida

Resumo

O presente protocolo descreve a impressão 3D baseada em processamento de luz digital de materiais polimédicos utilizando a polimerização da cadeia de transferência de adição reversível do tipo I e a subsequente pós-funcionalização do material in situ via polimerização mediada pela superfície. A impressão 3D fotoinduzida fornece materiais com propriedades a granel e interfaciais independentemente adaptadas e espacialmente controladas.

Resumo

A impressão 3D fornece acesso fácil a materiais geométricos complexos. No entanto, esses materiais têm propriedades a granel e interfaciais intrinsecamente ligadas, dependentes da composição química da resina. No trabalho atual, os materiais impressos em 3D são pós-funcionalizados usando o hardware da impressora 3D através de um processo secundário de polimerização iniciado pela superfície, fornecendo assim controle independente sobre as propriedades do ativo a granel e interfacial. Esse processo começa com a preparação de resinas líquidas, que contêm um monômero monofuncional monofuncional, uma espécie fotoquimicamente labile que permite o início da polimerização, e criticamente, um composto tiocarboniltico que facilita a polimerização da cadeia de transferência de adição reversível (RAFT). O composto tiocarbonetolthio, conhecido comumente como agente raft, media o processo de polimerização de crescimento em cadeia e fornece materiais poliméricos com estruturas de rede mais homogêneas. A resina líquida é curada de forma camada por camada usando uma impressora 3D de processamento de luz digital comercialmente disponível para dar materiais tridimensionais com geometrias espacialmente controladas. A resina inicial é removida e substituída por uma nova mistura contendo monômeros funcionais e espécies fotoiniciais. O material impresso em 3D é então exposto à luz da impressora 3D na presença da nova mistura funcional de monômeros. Isso permite que a polimerização iniciada pela superfície fotoinduzida ocorra a partir dos grupos de agentes de RAFT latentes na superfície do material impresso 3D. Dada a flexibilidade química de ambas as resinas, este processo permite que uma ampla gama de materiais impressos em 3D sejam produzidos com propriedades a granel e interfaciais sob medida.

Introdução

A fabricação aditiva e a impressão 3D revolucionaram a fabricação de materiais, fornecendo rotas mais eficientes e fáceis para a fabricação de materiais geométricos ^complexos1. Além das liberdades de design aprimoradas na impressão 3D, essas tecnologias produzem menos resíduos do que os processos tradicionais de fabricação subtrativa através do uso criterioso de materiais precursores em um processo de fabricação camada por camada. Desde a década de 1980, uma ampla gama de diferentes técnicas de impressão 3D foi desenvolvida para fabricar componentes poliméricos, metálicos e cerâmicos1. Os métodos mais comumente ....

Protocolo

1. Preparação de programa de impressão 3D e impressora 3D

1. Projete o modelo digital para impressão 3D seguindo as etapas abaixo.
   1. Abra um programa de design assistido por computador (ver Tabela de Materiais).
   2. No plano x-y, crie um retângulo centrado na origem com dimensões de 80 mm x 40 mm, depois extrude ao longo do eixo z positivo por 1,5 mm para fazer um prisma retangular sólido, chamado objeto base.
   3. Acima do objeto base, ou seja, a z = 1,5 mm, desenhe os padrões de superfície desejados (neste caso, dois símbolos yin-yang) na superfície do prisma retangular.
   4. Extrude os padrões de sup....

Resultados

O procedimento geral para impressão 3D e funcionalização de superfície é mostrado na Figura 1. Neste protocolo, um polímero de rede é inicialmente sintetizado através de um processo de polimerização raft fotoinduzida15, usando uma impressora 3D para fabricar um objeto em um processo camada por camada (Figura 1A). A resina a granel usada para formar a rede de polímeros contém uma espécie de iniciação fotolabile (TPO), que gera rad.......

Discussão

O presente protocolo demonstra um processo de impressão 3D de materiais polímeros com propriedades a granel e interfaciais independentemente tícs. O procedimento é realizado através de um método de duas etapas, imprimindo o substrato base e, posteriormente, modificando a camada superficial do objeto impresso em 3D usando uma resina funcional diferente, mas usando o mesmo hardware de impressão 3D. Embora as impressoras 3D usadas neste trabalho sejam projetadas para imprimir materiais transligados de forma camada .......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
1-pirenemetilmetacrilato	Sigma-Aldrich	765120
2- (n< / em>-butiltiocarbonotiotiltio) ácido propanóico	Boro Molecular	BM1640
Impressora 3D	Photon	Mono S	intensidade de luz na superfície da máscara digital = 0,81 mW cm-2
Software de fatiamento de impressão 3D	Photon Photon	Workshop V2.1.19
Banho ultrassônico de 40 kHz	Thermoline	UB-410
	de 230142	ar comprimido	operando a 130 kPa
design assistido por computador	SpaceClaim	SpaceClaim Design Manager V19.1
Óxido de fosfina difenil (2,4,6-trimetilbenzoil)	Sigma-Aldrich	415952
Etanol 100% AR não desnaturado	ChemSupply	EL043-2.5L-P
Garrafa de Lavagem de Etanol	Rowe Scientific	AZLWGF541P
Fluorescence Imager	Bio-Rad	Gel Doc XR+	Usa uma lâmpada de descarga de gás de 302 nm como fonte de emissão
Medidor de potência de intensidade de luz	Newport	843-R
Testador Mecânico	Mark– 10	ESM303	1 kN medidor de força M5– 200
Filme plástico moldável	Parafilm	PM992
N,N-dimetlacrilamida	Sigma-Aldrich	274135
N,N-Dimetilformamida HPLC	ChemSupply	LC1051-G4L
Poli(etilenoglicol) diacrilato médio Mn 250	Sigma-Aldrich	475629
Lâmpada Post Cure	Leoway	‎ B0869BY79P	60 W 405 nm
Documento de normas	ASTM	ASTM Standard D638-14
Máquina de teste de tração	Mark-10
Luz UV	Fisher Scientific	11-982-30	6 W Spectroline E-Series, Lâmpada de descarga de gás
Misturador de vórtice IKA Vortex 3	LabTek	3340000I

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