越来越多的涂料, 包括清漆和印刷油墨, 以及牙齿填充物, 都是用光固化的. 但是无法制备出均匀的聚合物网络, 而且材料往往是脆性的, 这限制了光聚合物在三维打印, 生物医学和微电子等领域的应用. 在 Angewandte Chemie期刊上, 研究人员提出了一种新方法, 一种基于甲基丙烯酸酯, 制备出均匀交联坚韧的聚合物的制作方法, 即使在高分辨率下进行3D打印.
光固化通常是一种自由基链聚合. 引发剂被光能分解成自由基, 并攻击单体, 如乙烯基中的C=C双键, 形成一个新的自由基, 通过攻击更多的单体并与其结合而成为聚合物网络生长的起点.
控制自由基光聚合的新方法以及改善产品的材料性质, 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.
维也纳技术大学(奥地利)的Robert Liska领导的研究小组开发了一种新方法, 基于甲基丙烯酸酯的光聚合物而不会抑制固化过程. 他们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导致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, 所以说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, 在各个层在结构中很好地分辨. 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, 材料就会太脆, 无法进行3D打印. 这种新方法可制备出坚韧的光聚合物用于生物医学应用, 例如用于组织生长和牙齿填充的形状记忆聚合物.