Vízben duzzadó térhálós polimerek fejlesztése és nyomtatása DLP háromdimenziós nyomtatási technológiával

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Jobbágy Ákos Andor
Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Munkám során olyan akrilát alapú fotopolimerizálható anyagok fejlesztésével foglalkoztam, melyek sztereolitográfia elvére épülő digital light processing (DLP) 3D nyomtatási technológiában alkalmazhatók. Fő célom annak vizsgálata volt, hogy a nyomtatás során létrehozott térhálós oligomerek lánchosszának változtatása milyen hatással van a létrehozott szerkezetek mechanikai tulajdonságaira.

A nyomtatási alapanyaghoz felhasznált 750, 4000, 6000 és 8000 Da átlagos molekulatömegű kiindulási poli(etilén-glikol)-dimetakrilátot (PEGDM) és a térhálósodást elősegítő lítium-fenil(2,4,6-trimetilbenzoil)-foszfinát (LAP) fotoiniciátort a szakirodalom alapján szintetizáltam, mivel ezek a vegyületek a kereskedelmi forgalomban nem, vagy csak nagyon drágán beszerezhetők. A szintetizált vegyületek szerkezetét infravörös és mágneses magrezonancia spektroszkópia (NMR), valamint tömegspektrometria segítségével jellemeztem. A létrehozott oligomerek szerkezetét igazoltam, bizonyítottam a sikeres előállítást jó konverzióval, a reakciótermékekben poli(etilén-glikol) PEG kiindulási anyagot és PEG-monoakrilát mellékterméket azonosítottam. A nyomtatási alapanyag minden moltömeg esetén 50 m/m% PEGDM-et, 0,5 m/m% fotoiniciátort és vizet tartalmazott. A nyomtathatóság ellenőrzése érdekében meghatároztam a viszkozitást, majd a nyomtatás során alkalmazott exponálási idő optimalizálását követően szabványos (ISO527-3B) próbatesteket nyomtattam szakítóvizsgálathoz.

A térhálós polimerek termikus tulajdonságait termogravimetria és dinamikus mechanikai termikus analízis segítségével határoztam meg. Megállapítottam, hogy a molekulatömeg a polimerek bomlására nincs jelentős hatással, illetve az üvegesedési hőmérséklet eredmények sem mutattak olyan változást, mely a polimer lánchosszához köthető. A mechanikai vizsgálatokat egyensúlyi duzzadásfokú és kiszárított állapotban lévő próbatesteken végeztem el. Az előállított polimer hidrogélek száraz tömegük 2 6 szorosára duzzadtak. A kapott eredmények alapján úgy tűnik, hogy a molekulatömeg növelésével nem sikerült egyértelmű hatást gyakorolni a mechanikai tulajdonságokra. A nem egyértelmű adatok hátterében állhatnak a szennyezők, és/vagy egyéb olyan hatások, melyek a kémiai térhálópontok számát csökkentették a fotopolimerizáció során. A szakítószilárdság 180 kPa és 15 MPa, a rugalmassági modulus pedig 0,6 és 438 MPa között mozgott, a nagyobb értékeket mindkét paraméter esetében a kiszárított mintákon mértük. A legnagyobb szakadási nyúlást (35%) a legnagyobb molekulatömegű, egyensúlyi duzzadásfokú próbatestek esetén tapasztaltuk. A nyomtatott szerkezetek közül a 4000, 6000 és 8000 Da moltömegűek egyensúlyi duzzadásfokú állapotban hasonló rugalmassági modulussal és szakadási nyúlással rendelkeznek, mint az emberi bőr, szakítószilárdságuk azonban egy két nagyságrenddel kisebb a bőrénél. A nagyobb szakítószilárdságú kiszárított minták rugalmassági modulusa és szakadási nyúlása viszont nem esik a biológiai szövetek tartományába. A kereskedelmi forgalomban hozzáférhető 750 Da molekulatömegű kiindulási anyagból készített mintákhoz képest viszont határozottan kedvező irányban változtak a tulajdonságok.

Diplomamunkám során sikerült digital light processing (DLP, digitális fényeljárásos technika) 3D nyomtató alapanyagaként alkalmazható, általam szintetizált összetevőkből álló elegyeket létrehozni. Az elegyek tisztaságán javítva komolyabban vizsgálhatóvá válna a polimer lánchossz növelésének hatása a 3D nyomtatott, vízben duzzadó polimer hidrogélek mechanikai tulajdonságaira. Ennek eredményeképpen a víztartalom és a lánchossz által hangolható mechanikai tulajdonságú, komplex szerkezetek egyszerű és gyors előállítása válna lehetővé, melynek például a mesterséges szövetépítés területén lehet nagy jelentősége.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.