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高效链转移技术:成功制作出用于3D打印的韧性光聚合物材料
2018-07-10 14:07
来源:材料科技在线
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  图片来源:维也纳技术大学Wiley

  越来越多的涂料,例如清漆、印刷油墨、牙齿填充物等,都采用光固化技术。然而,光固化不可能产生均匀、定制化的聚合物结构,而且最终的材料往往很脆,这就限制了光聚合物在三维打印、生物医学和微电子等领域中的应用。研究人员在“Angewandte Chemie”杂志上提出了一种新方法,这种方法以甲基丙烯酸酯为基础,即使是在要求高分辨率的3D打印环境中,也可以制造出均匀、交联、定制化的韧性聚合物。

  光固化通常是自由基的链式聚合反应。首先,引发剂被光能分解为自由基,然后这些自由基攻击单体,如乙烯基中的C=C双键,形成了一种新的基团。新的基团会攻击更多的单体并与它们结合形成更多的基团,最终成为聚合物网络生长的起点。

  最近出现了一些较新的技术,虽然可以较好地控制自由基间的链式光聚合反应和产品的材料性能,但是都倾向于减缓固化过程,这对三维印刷过程中聚合物的固化是不利的。

  维也纳技术大学(奥地利)的RobertLiska领导的科研小组开发了一种新技术,可以在不抑制固化过程的情况下,生产出定制化的甲基丙烯酸基光聚合物。他们成功的关键是:在材料中加入酯活化乙烯基磺酸盐(EVS)作为链转移剂。因为EVS自身很容易分裂成多个部分,所以它在固化过程中具有非常高的活性。

  在光固化过程中,如果不断增长的聚合物网络攻击了EVS而不是另一个单体,EVS就会迅速分裂生成中间产物:在网络中形成一个终止的聚合物链和一个高活性的自由基(胞嘧啶自由基),从而启动一个新的链式反应。研究发现,添加的EVS越多,聚合物网络中的平均链长就会越短。因为聚合物链较短,固化过程中出现收缩裂缝的危险性明显降低。EVS与传统的链转移剂相比,固化过程中不存在稳定的中间体或可逆的反应链,所以聚合速度不会受到抑制,同时羟自由基的分离对固化是有利的。

  研究人员用甲基丙烯酸共聚物制备了类似支架的样品。在空间上,该材料50µm厚度的层状结构达到了很高的分辨率。在材料性能上,它具有很好的均匀性、固体强度、弹性和抗冲击性能,还具有较高的抗拉强度。这些性能参数可以通过更改EVS的添加数量进行调整。如果没有EVS,这种材料会变得非常容易碎。这种新的方法为韧性光聚合物在生物医学中的应用铺平了道路,例如生产用于辅助组织生长的形状记忆聚合物和用于填充牙齿的聚合物。

  文章来自phys,原文题目为Efficient chain transfer for 3D-printing of tough photopolymers,汇总整理。


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