TU Wien开发了高分辨率3D打印坚韧光聚合物的方法

奥地利维也纳技术大学（TU Wien）开发了一种新方法，用于定制均匀交联坚韧的甲基丙烯酸酯基光聚合物的高分辨率3D打印。

许多涂料，包括牙齿填料，清漆和印刷油墨，都用光固化，但不能生产出均匀的定制的聚合物网络。即使您管理它，材料也会变脆，这限制了将光聚合物用于3D打印，生物医学和微电子等应用的能力。

在Angewandte Chemie期刊上，研究人员发表了一篇题为“乙烯基磺酸酯：高效链转移剂用于3D无瑕疵光敏聚合物印刷的链转移剂”的论文，该论文解释了一种基于甲基丙烯酸酯，均匀交联，定制，坚韧的聚合物的制作方法 - 即使在高分辨率下进行3D打印。

通过光引发自由基聚合形成网络使得定制网络设计几乎没有自由。由此产生的不均匀网络结构和这种玻璃类网络的脆性材料行为限制了光聚合物在3D打印，生物医学和微电子学中的商业应用。酯活化的乙烯基磺酸酯（EVS）用于快速形成定制的基于甲基丙烯酸酯的网络。由EVS诱导的链转移步骤降低了光聚合物的动力学链长度，从而将凝胶点转变为更高的转化率，这导致收缩应力降低和总转化率更高。由此产生的更均匀的网络是材料高韧性的原因。 EVS促进几乎无延迟聚合的独特性质可归因于在转移步骤后不形成可聚合双键的事实，如在经典链转移剂中常见的那样。激光闪光光解，理论计算和光反应器研究用于阐明EVS的快速链转移反应和特殊调节能力。最终的光聚合物网络表现出改善的机械性能，使EVS成为坚韧光聚合物3D打印的杰出候选者。

光固化通常是自由基链聚合，其中光能将引发剂分裂成攻击单体的自由基。然后，形成新的自由基，通过攻击更多的单体并与它们结合而成为增长的聚合物网络的起点。

更好地控制自由基光聚合的新方法和产品的材料性质往往会减慢固化过程，这对于3D打印来说并不理想。短照射阶段对于高空间分辨率和经济的生产时间是至关重要的。

由维也纳技术大学（奥地利）的Robert Liska领导的团队开发了一种新方法，用于定制生产基于甲基丙烯酸酯的光聚合物而不会抑制固化过程。他们的方法使用酯活化的乙烯基磺酸酯（EVS）作为链转移剂，因为它可以容易地从其自身的一部分上分离以激活该过程。

如果不断增长的聚合物网络攻击EVS而不是另一种单体，则会形成中间体，并迅速分裂形成网络中终止的聚合物链和高反应性基团（甲苯磺酰基），这反过来又会引发新的链式反应。添加的EVS越多，聚合物网络的平均链长就越短。由于较短的聚合物链保持较长的移动性，因此在固化过程中收缩裂缝的危险显着降低。

与常规链转移剂相反，在该新方法中聚合不受抑制，因为不存在稳定的中间体或可逆的反应步骤。分离出甲苯磺酰基是有利的。为了测试它，研究人员使用甲基丙烯酸酯共聚物建立了类似支架的样品结构。厚度为50μm的各个层在结构中在空间上很好地分辨。该材料非常均匀，坚固但具有弹性和抗冲击性，具有高拉伸强度。可以通过更改添加的EVS数量来调整这些属性。没有EVS，材料太脆，无法进行3D打印。这种新方法为坚韧的光聚合物制备用于生物医学应用，例如用于组织生长和牙齿填充的形状记忆聚合物。