Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

Maßgeschneiderte Polymere aus dem Drucker

Effiziente Kettenübertragung für den 3D-Druck fester Photopolymere

10.07.2018

© Wiley-VCH

Immer mehr Beschichtungsstoffe, wie Kleber, Druckfarben und Lacke, aber auch Zahnfüllungen und Zahnersatz werden durch Bestrahlung mit Licht ausgehärtet. Homogene, maßgeschneiderte Polymernetzwerke sind so jedoch nicht herstellbar und die entstehenden Materialien sind eher spröde, was kommerzielle Anwendung von Photopolymeren im 3D-Druck, der Biomedizin und Mikroelektronik limitiert.  Forscher stellen eine Methode vor, mit der sich Methacrylat-basierte homogen vernetzte, zähe Photopolymere gezielt herstellen lassen – auch hochaufgelöst per 3D-Druck.

Die Härtung per Licht ist eine meist radikalisch ablaufende Kettenpolymerisation. Ein Initiator wird durch Lichtenergie in Radikale gespalten, die dann die Monomere angreifen, beispielsweise an der C=C-Doppelbindung einer Vinylgruppe. So entsteht ein neues Radikal, das Ausgangspunkt für ein wachsendes Polymernetzwerk wird, indem es weitere Monomere angreift und bindet.

Neuere Verfahren, um die radikalische Photopolymerisation und damit die Materialeigenschaften besser zu steuern, verlangsamen jedoch die Aushärtung, was wiederum für 3D-Druckverfahren nicht geeignet ist. Eine kurze Bestrahlungsphase ist hier entscheidend für eine hohe räumliche Auflösung sowie für eine wirtschaftliche Produktionsdauer.

Einen neuen Ansatz, mit dem sich Methacrylat-basierte Photopolymere maßgeschneidert herstellen lassen, ohne dass die Aushärtung verzögert ist, hat das Team um Robert Liska von der Technischen Universität Wien entwickelt. Erfolgsgeheimnis ist die Zugabe eines sogenannten Ester-aktivierten Vinylsulfonsäureesters (EVS), der als Kettenüberträger wirkt. Er ist in dem Sinne aktiviert, dass er einen Molekülteil sehr leicht abspalten kann.

Greift das wachsende Polymernetzwerk statt des nächsten Monomers den EVS an, entsteht ein Intermediat, das rasch zerfällt: in eine nicht mehr weiter wachsende Polymerkette im Netzwerk sowie ein hochreaktives Radikal (Tosyl-Radikal), das eine neue Kettenreaktion startet. Je mehr EVS zugegeben wird, desto kürzer die mittlere Kettenlänge im Polymernetzwerk. Da die kürzeren Polymerketten länger gegeneinander beweglich bleiben, ist die Gefahr von Schrumpfungsrissen während der Härtung deutlich verringert. Anders als bei herkömmlichen Kettenüberträgern wird die Polymerisation aber nicht verzögert, da weder stabile Intermediate noch reversible Reaktionsschritte beteiligt sind, sondern die Abspaltung des Tosyl-Radikals bevorzugt stattfindet.

Als Beispiel druckten die Forscher eine gerüstartige Struktur aus einem Methacrylat-Copolymer. Einzelne Lagen von 50 µm Dicke waren dabei gut räumlich aufgelöst. Das Material ist sehr homogen, fest, aber elastisch und schlagzäh mit hoher Bruchdehnung, Eigenschaften, die sich über die zugegebene EVS-Menge gezielt justieren lassen. Ohne EVS-Zugabe zeigte sich das Material dagegen recht brüchig. Der neue Ansatz ebnet den Weg zu festen Hochleistungs-Photopolymeren für Anwendungen in der Biomedizin, etwa als Formgedächtnispolymere, für die Gewebezucht und als Zahnfüllungen.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • 3D Druck
  • Photopolymere
  • Druckverfahren
  • Methacrylate
  • Kettenpolymerisation
  • radikalische Photop…
  • Photopolymerisation
  • Vinylsulfonsäureester
  • Copolymere
Mehr über TU Wien
  • News

    Biomimetik: Die chemischen Tricks des Blutes

    Biologische Moleküle wie Hämoglobin oder Chlorophyll sind schwer zu untersuchen. Ein Team von der TU Wien und aus Triest zeigte nun, wie man von ähnlichen, künstlichen Stoffen viel lernen kann. Hämoglobin hat eigentlich eine ganz einfache Aufgabe: Es ist dazu da, Sauerstoffmoleküle durch un ... mehr

    Zeitmessung ohne Stoppuhr

    Die durch einen starken Laserpuls angetriebene Schwingung von Elektronen lässt sich aus einer einzelnen Messung des Absorptionsspektrums rekonstruieren. Hierfür sind keine Pump- und Probepulse als Start- und Stoppsignale erforderlich. Das neue Konzept verspricht zukünftige Anwendungen für u ... mehr

    Über 70 % Bio-Ethanol im Dieselmotor

    Ethanol kann einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten: An der TU Wien wurde ein Dieselmotor entwickelt, der mit über 70 % Bio-Ethanol betrieben werden kann. Ein Motor, der zwei verschiedene Treibstoffe gleichzeitig nutzt, wurde von der TU Wien konzipiert: Er verwendet sowohl Bio-Etha ... mehr

  • Videos

    Epoxy Resin

    A flash of ultraviolet light sets off a chain reaction which hardens the whole object. mehr

    Noreia

    Zeitraffervideo, das die Installation der Beschichtungsmaschine Noreia an der TU Wien zeigt. mehr

    Shaping Drops: Control over Stiction and Wetting

    Some surfaces are wetted by water, others are water-repellent. TU Wien (Vienna), KU Leuven and the University of Zürich have discovered a robust surface whose adhesive and wetting properties can be switched using electricity. This remarkable result is featured on the cover of Nature magazin ... mehr

  • Universitäten

    Technische Universität Wien

    Die TU Wien ist mit knapp 30.000 Studierenden und rund 4.800 Mitarbeiter_innen Österreichs größte Forschungs- und Bildungsinstitution im naturwissenschaftlich-technischen Bereich. Unter dem Motto "Technik für Menschen" wird an der TU Wien schon seit über 200 Jahren geforscht, gelehrt und g ... mehr

    Technische Universität Wien

    mehr

  • q&more Artikel

    Das Herz in der Petrischale

    Regenerative Medizin stellt eine der großen Zukunftshoffnungen und Entwicklungsperspektiven in der medizinischen Forschung des 21. Jahrhunderts dar. Revolu­tionäre Resultate konnten bereits durch gentechnische Eingriffe erzielt werden, ­wobei allerdings ethische und regulatorische Aspekte e ... mehr

  • Autoren

    Dr. Kurt Brunner

    Kurt Brunner, geb. 1973, studierte Technische Chemie an der TU Wien, wo er 2003 am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften promovierte. Während seiner Dissertation arbeitete er im Bereich der Molekularbiologie der Pilze mit Forschungsaufenthalten an de ... mehr

    Prof. Dr. Marko D. Mihovilovic

    Marko D. Mihovilovic, Jg. 1970, studierte von 1988–1993 technische Chemie an der TU Wien und promovierte dort 1996 im Bereich Organische Synthesechemie. Anschließend war er für Postdoc-Aufenthalte als Erwin-Schrödinger-Stipendiat an der University of New Brunswick, Kanada sowie an der Unive ... mehr

Mehr über Wiley-VCH
  • News

    Knoblauchinhaltsstoff aus dem Labor

    Frisch gepresster Knoblauch enthält eine Vielzahl von gesunden schwefelorganischen Verbindungen. Ein knoblauchtypischer Inhaltsstoff, der aus Ölextrakten gewonnen werden kann, ist Ajoen. Erstmals haben Chemiker aus Großbritannien diese Substanz jetzt rein aus gängigen Ausgangsstoffen synthe ... mehr

    Intelligente Fluoreszenzfarbstoffe

    Die größte Schwierigkeit bei der Entwicklung von Fluoreszenz- und Phosphoreszenzfarbstoffen liegt in der exakten Einstellung der angeregten Elektronenzustände. Wissenschaftler in Japan haben nun ein organisches Lumineszenzsystem mit einem ungewöhnlichen reizresponsiven Farbumschlag entwicke ... mehr

    Ein elastischer Lufthauch

    Luftig, luftiger, Aerogel. Hohe Brüchigkeit limitierte bisher allerdings die praktische Anwendung dieser hauchzarten Feststoffe, die fast nur aus luftgefüllten Poren bestehen. Das könnte jetzt anders werden: Japanische Wissenschaftler stellen extrem elastische Aerogele vor, die sich gut bea ... mehr

  • Firmen

    Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

    Wiley-VCH publiziert Monographien, Lehrbücher, Nachschlagewerke und Zeitschriften die in gedruckter oder als Online-Version, maßgebliche und topaktuelle wissenschaftliche Inhalte vermitteln. Wiley-VCH besitzt eine über 80-jährige Verlagstradition in den Bereichen Chemie, Materialwissenschaf ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.