越來越多的塗料, 包括清漆和印刷油墨, 以及牙齒填充物, 都是用光固化的. 但是無法製備出均勻的聚合物網路, 而且材料往往是脆性的, 這限制了光聚合物在三維列印, 生物醫學和微電子等領域的應用. 在 Angewandte Chemie期刊上, 研究人員提出了一種新方法, 一種基於甲基丙烯酸酯, 製備出均勻交聯堅韌的聚合物的製作方法, 即使在高解析度下進行3D列印.
光固化通常是一種自由基鏈聚合. 引發劑被光能分解成自由基, 並攻擊單體, 如乙烯基中的C=C雙鍵, 形成一個新的自由基, 通過攻擊更多的單體並與其結合而成為聚合物網路生長的起點.
控制自由基光聚合的新方法以及改善產品的材料性質, 往往會減慢固化過程, 這對於3D列印來說並不理想. 短照射階段對於高空間解析度和經濟的生產時間是至關重要的.
維也納技術大學(奧地利)的Robert Liska領導的研究小組開發了一種新方法, 基於甲基丙烯酸酯的光聚合物而不會抑制固化過程. 他們使用酯活化的乙烯基磺酸酯 (EVS) 作為鏈轉移劑, 因為它可以容易地從其自身的一部分上分離以激活該過程.
如果不斷增長的聚合物網路攻擊EVS而不是另一種單體, 則會形成中間體, 並迅速分裂形成網路中終止的聚合物鏈和高反應性基團(甲苯磺醯基), 這反過來又會引發新的鏈式反應. 添加的EVS越多, 聚合物網路的平均鏈長就越短. 由於較短的聚合物鏈保持較長的移動性, 因此在固化過程中收縮導致裂縫的危險顯著降低 . 與常規鏈轉移劑相反, 在該新方法中聚合不受抑制, 因為不存在穩定的中間體或可逆的反應步驟, 所以說分離出甲苯磺醯基是有利的.
為了測試它, 研究人員使用甲基丙烯酸酯共聚物建立了類似支架的樣品結構. 厚度為50μm, 在各個層在結構中很好地分辨. 該材料非常均勻, 堅固但具有彈性和抗衝擊性, 具有高拉伸強度. 可以通過更改添加的EVS數量來調整這些屬性. 沒有EVS, 材料就會太脆, 無法進行3D列印. 這種新方法可製備出堅韌的光聚合物用於生物醫學應用, 例如用於組織生長和牙齒填充的形狀記憶聚合物.