3D-Druck und In-situ-Oberflächenmodifikation mittels photoinitiierter reversibler Additions-Fragmentierungskettentransfer-Polymerisation Typ I

Nathaniel Corrigan; Cyrille Boyer

doi:10.3791/63538

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Methodenartikel

3D-Druck und In-situ-Oberflächenmodifikation mittels photoinitiierter reversibler Additions-Fragmentierungskettentransfer-Polymerisation Typ I

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DOI:

10.3791/63538

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18. Februar 2022

Nathaniel Corrigan¹ , Cyrille Boyer¹

¹Cluster for Advanced Macromolecular Design, and Australian Centre for Nanomedicine, School of Chemical Engineering, University of New South Wales

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Das vorliegende Protokoll beschreibt den auf digitaler Lichtverarbeitung basierenden 3D-Druck polymerer Materialien unter Verwendung der photoinitiierten reversiblen Additionsfragmentierungskettentransferpolymerisation Typ I und die anschließende In-situ-Materialpostfunktionalisierung durch oberflächenvermittelte Polymerisation. Der photoinduzierte 3D-Druck liefert Materialien mit unabhängig voneinander maßgeschneiderten und räumlich kontrollierten Schütt- und Grenzflächeneigenschaften.

Zusammenfassung

Der 3D-Druck bietet einen einfachen Zugang zu geometrisch komplexen Materialien. Diese Materialien haben jedoch untrennbar verbundene Schütt- und Grenzflächeneigenschaften, die von der chemischen Zusammensetzung des Harzes abhängen. In der aktuellen Arbeit werden 3D-gedruckte Materialien mithilfe der 3D-Druckerhardware über einen sekundären oberflächeninitiierten Polymerisationsprozess postfunktionalisiert und bieten so eine unabhängige Kontrolle über die Schütt- und Grenzflächenmaterialeigenschaften. Dieser Prozess beginnt mit der Herstellung von flüssigen Harzen, die ein monofunktionelles Monomer, ein vernetzendes multifunktionales Monomer, eine photochemisch labile Spezies, die die Einleitung der Polymerisation ermöglicht, und vor allem eine Thiocarbonylthioverbindung, die eine reversible RAFT-Polymerisation (Addition-Fragmentation Chain Transfer) ermöglicht, enthalten. Die Thiocarbonylthio-Verbindung, allgemein bekannt als RAFT-Agent, vermittelt den Kettenwachstumspolymerisationsprozess und verleiht polymeren Materialien homogenere Netzwerkstrukturen. Das flüssige Harz wird Schicht für Schicht mit einem handelsüblichen digitalen Lichtverarbeitungs-3D-Drucker ausgehärtet, um dreidimensionale Materialien mit räumlich kontrollierten Geometrien zu erhalten. Das anfängliche Harz wird entfernt und durch eine neue Mischung ersetzt, die funktionelle Monomere und photoinitiierende Spezies enthält. Das 3D-gedruckte Material wird dann in Gegenwart der neuen funktionellen Monomermischung dem Licht des 3D-Druckers ausgesetzt. Dies ermöglicht eine photoinduzierte oberflächeninitiierte Polymerisation aus den latenten RAFT-Wirkstoffgruppen auf der Oberfläche des 3D-gedruckten Materials. Angesichts der chemischen Flexibilität beider Harze ermöglicht dieses Verfahren die Herstellung einer breiten Palette von 3D-gedruckten Materialien mit maßgeschneiderten Schütt- und Grenzflächeneigenschaften.

Einleitung

Die additive Fertigung und der 3D-Druck haben die Materialherstellung revolutioniert, indem sie effizientere und einfachere Wege für die Herstellung geometrisch komplexer Materialien ^bieten1. Abgesehen von den erweiterten Designfreiheiten im 3D-Druck erzeugen diese Technologien weniger Abfall als herkömmliche subtraktive Herstellungsverfahren durch die umsichtige Verwendung von Vorläufermaterialien in einem Schicht-für-Schicht-Herstellungsprozess. Seit den 1980er Jahren wurde eine breite Palette verschiedener 3D-Drucktechniken entwickelt, um polymere, metallische und keramische Komponenten ^{herzustellen1}. Zu den ....