New Initiation Systems for Step-Growth Photopolymerization

Durch Licht basierende Hot Lithography ist es möglich Formulierungen in der Additiven Fertigung anzuwenden, welche bei Raumtemperatur nicht reaktiv genug sind. Weiters ermöglicht die erhöhte Temperatur eine schnellere Schreibgeschwindigkeit mit höheren Umsätzen. Es ermöglicht die Anwendung von Systemen, welche zu langsam sind für Additive Fertigung bei Raumtemperatur. Die meisten Systeme verwenden radikalische Kettenwachstumspolymerisation, welche zu unregelmäßigen Netzwerken mit verringerten mechanischen Eigenschaften führen. Obwohl, radikalische Stufenwachstumsreaktionen durch Thiol-Ene Chemie weit verbreitet ist, ist diese mit einigen Nachteilen behaftet, wie etwa strenger Geruch, geringe Lagerstabilität, und Zelltoxizität. Wir haben daher Thiole durch Alkohole durch Anwendung der Oxa-Michael Reaktion ersetzt. Da die Oxa-Michael Reaktion eine basenkatalysiert ist, wurden Photobasen Generatoren (PBGs) benötigt. Wir stellten daher sowohl eine Brønsted als auch einige Lewis PBGs für diese Reaktion her und untersuchten deren Fähigkeit eine Photo-Oxa-Michael Modell Reaktion zu katalysieren. Nachdem einige vielversprechende Kandidaten identifiziert wurden, wurde eine Stabilitätsstudie als Vorbereitung auf Hot Lithography Experimente durchgeführt, welche ausgezeichnete Ergebnisse lieferte. Hier wurden zusätzlich Einblicke über den Mechanismus gewonnen. Der nächste Schritt war die Herstellung von Oxa-Michael Netzwerken gemeinsam mit ihren thermo-mechanischen Eigenschaften. Hier wurden gleichmäßige Prüfkörper durch die Anwendung der neuen PBGs erhalten, jedoch veränderte sich das Material bei erhöhten Temperaturen, was sowohl visuell als auch bei einer dynamisch-thermischen Analyse beobachtet wurde.Das Oxa-Michael System mit den neuen Lewis-PBGs wurde auf verschiedenen Hot Lithography Technologien angewendet. Neben zwei etablierten Methoden – Laser Stereolithographie und Digitale Lichtverarbeitung – konnten auch erste zwei Photonenpolymerisaition bei erhöhten Temperaturen realisiert werden. Alle drei Technologien lieferten gedruckte Objekte mit hoher Auflösung und ohne Überpolymerisation.Im zweiten Teil der Studie wurden die neuen PBGs angewandt, um das Feld der anionischen Photopolymerisation zu diversifizieren. Ein breites Feld von Additions- und Kondensationsreaktionen über anionische (Ringöffnungs)Polymerisation wurde mit PBGs getestet. In diesen Studien zeigten einige Reaktion wie etwa verschieden Michael Additionen, die Epoxid-Alkohol Kondensation, die Kondensation von hydroxid-terminierten Siloxanen und die anionische Ringöffnungspolymerisation von Lactonen und Lactamen vielversprechende Resultate.