Nuovi fotocatalizzatori sviluppati per la stampa 3D a luce visibile

La stampa 3D a luce visibile è una nuova frontiera per il mondo della fotopolimerizzazione in vasca, con solo un piccolo numero di opzioni commerciali disponibili per la tecnologia. Ciò include Photocentric, fuori dal Regno Unito , e T3D a Taiwan . L’uso di resine che possono essere polimerizzate con la luce visibile significa che non è necessario fare affidamento sulla luce ultravioletta e sui proiettori digitali, ma invece è possibile utilizzare opzioni meno costose come gli schermi LCD. Non solo la tecnologia può accelerare il processo di stampa, ma può anche essere più sostenibile e meno dispendiosa in termini di energia.

Poiché il processo è relativamente nuovo, i ricercatori stanno lavorando attivamente per sviluppare nuovi materiali per il processo. Nel recente pubblicato ” Derivati ​​tioxantonici come una nuova classe di fotocatalizzatori organici per processi di fotopolimerizzazione e stampa 3D di resine fotopolimerizzabili sotto luce visibile “, i ricercatori polacchi esplorano la stampa 3D di fotoiniziatori derivati ​​da sali di onio ampiamente utilizzati. Questi sali sono tipicamente più facilmente utilizzati nei processi di polimerizzazione associati alla luce UV. Per ampliare la loro applicazione alla fotopolimerizzazione della luce visibile, il team ha esplorato la combinazione di sali di onio con un composto chiamato tioxantone.

In questo studio, i ricercatori esplorano cinque nuovi composti a base di tioxantone:

“… Derivati ​​del tioxantone con sostituenti 4- (difenilammina) fenile e sostituenti a base di carbazolo in posizione 7 del 2,4-dietiltioxanten-9-one. Pertanto, sono stati sviluppati composti costituiti da due parti cromoforiche. I derivati ​​del carbazolo sono essi stessi additivi ben noti nei processi di fotopolimerizzazione, ad esempio, N -vinilcarbazolo (NVK) e 9H-carbazolo-9-etanolo (CARET) “, hanno affermato i ricercatori.

Hanno anche usato derivati ​​del carbazolo per avviare la stampa 3D, a causa delle loro proprietà di assorbimento. La creazione di nuovi sistemi in grado di avviare processi di fotopolimerizzazione sia cationica che radicale è stata un punto di interesse critico per gli autori.

(a) Proprietà di assorbimento dei derivati ​​2,4-dietil-tioxanten-9-one in acetonitrile. (b) Proprietà di assorbimento dei sali di onio e altri additivi usati come componenti per sistemi fotoiniziatori: IOD — bis (4-t-butilfenil) -iodonio esafluorofosfato, TAS — sali di triarilsolfonio esafluorofosfato, EDB — etil 4- (dimetilammino) benzoato, NPG— N-fenilglicina, EBPA — etil α-bromofenilacetato, TPO — difenil (2,4,6-trimetilbenzoil) fosfina ossido.

Dati di assorbimento della luce dei derivati ​​2,4-dietil-tioxanten-9-one in acetonitrile: lunghezze d’onda di massimo assorbimento (λmax-abs), coefficienti di estinzione molare (ε) a λmax e al massimo delle lunghezze d’onda di emissione dei LED 405 nm e 420 nm.

Derivati ​​del 2,4-dietil-tioxanten-9-uno studiati in questo lavoro.

I ricercatori hanno iniziato con lo studio delle proprietà di assorbimento della luce dei derivati ​​del 2,4-dietil-tioxantene-9-one, insieme alle interessanti proprietà di assorbimento di additivi come i sali di onio. Successivamente, hanno studiato le prestazioni di derivati ​​come 2,4-dietil-tioxanten-9-one per agire come fotosensibilizzanti. Ciò ha permesso ai ricercatori di integrare l’uso di diodi emettitori di luce (LED) per sorgenti luminose nella fotopolimerizzazione, mentre inviavano messaggi ad altri sistemi di riferimento nello stesso ambiente sperimentale.

Profili di fotopolimerizzazione di UVACURE®1500 (conversione della funzione epossidica vs. tempo di irradiazione in aria in presenza di diversi sistemi fotoiniziatori basati su IOD (1% p / p) e derivati ​​2,4-dietil-tioxanten-9-one (0,2% p / w)) dopo l’esposizione a (a) il LED visibile a 405 nm, (b) il LED visibile a 420 nm. L’irradiazione inizia a t = 10 s.

Il sale di onio è centrale in gran parte di questo processo, a seconda degli elettroni, e raggiunge la fotosensibilizzazione tramite il processo di trasferimento di elettroni, con un donatore di elettroni che viene trasferito dal fotosensibilizzatore all’accettore di elettroni. La fotoriduzione avviene con l’ossidazione del fotosensibilizzatore e la diminuzione del sale di onio.

Il modello ottenuto dopo l’esperimento di stampa 3D basato sulla formulazione con T1 (0,07% p / p) e TMPTA.

Sono stati inoltre eseguiti esperimenti di stampa 3D sull’irradiazione con diodi laser, utilizzando una varietà di sistemi di fotoinizializzazione. Questi erano basati su quanto segue: 2,4-dietil-7- [4- ( N- fenilanilino) fenil] tioxanten-9-one (T1) in TMPTA e in una miscela TMPTA / UVACURE ® 1500. I ricercatori hanno notato che a causa dell ‘”alta fotosensibilità” delle formulazioni T1 del derivato tioxantone, la fotopolimerizzazione era efficace ed efficiente.

Il modello ottenuto dopo l’esperimento di stampa 3D basato sulla formulazione con T1 (0,07% in peso) / IOD (0,33% in peso) e TMPTA / UVACURE®1500 (1: 1).

I ricercatori hanno utilizzato una stampante laser NEJE DK-8-KZ da 1000 mW per sperimentare gli oggetti 3D, osservandoli con uno stereo microscopio ottico e un microscopio digitale multifunzionale. Come sorgente luminosa è stato utilizzato un LED UV M365L2.

Di seguito le informazioni sui brevetti:

Domanda di brevetto P.434493 con data di priorità 29 giugno 2020, autori: Joanna Ortyl ed Emilia Hola, titolo: “Nuovi derivati ​​di thioxanthen-9-one, metodi di preparazione, nuovi sistemi fotoiniziatori per i processi fotoiniziati di cationico, radicale, tiolo -ene e polimerizzazione ibrida e l’uso di nuovi derivati ​​di tioxanten-9-one e 2,4-dietil-tioxanten-9-one. “

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