New monomers for radical photopolymerization

Abstract

Photopolymerisation weist viele Vorteile im Vergleich zu klassischer thermischer Polymerisation auf. Die Reaktion verläuft schneller, benötigt kein Lösungsmittel und es besteht die Möglichkeit des lokalen Aushärtens. Eine Anwendung von Photopolymeren sind neben klassischen dekorativen Schichten und Schutzschichten auf Papier, Holz, Metall oder Kunststoff, die Lithographie-basierten additiven Fertigungstechnologien (LT AMTs) welche ein schnell wachsendes Gebiet mit einer breiten Anzahl an Anwendungen, wie zum Beispiel Zahnersatzmaterialien oder Hörgeräte darstellen. LT ATMs arbeiten schnell und mit einer überragenden Präzision. Bedauerlicherweise ist die Auswahl an Material begrenzt und herkömmlich verwendete (Meth)acrylate weisen sehr schlechte mechanische Eigenschaften, wie zum Beispiel eine hohe Sprödigkeit auf. Hochmolekulare Harze erhöhen zwar die Zähigkeit, sind aber oft nur bei hohen Temperaturen zu verarbeiten. Oft ist auch die Zugabe eines Reaktivverdünners notwendig um eine ausreichend niedrige Viskosität zu erreichen. Herkömmlich verwendete niedermolekulare Reaktivverdünner auf Basis von monofunktionellen Methacrylaten sind meist jedoch sehr flüchtig und verschlechtern die (thermo)mechanischen Eigenschaften. Man benötigt einen Reaktivverdünner mit einem hohen Glasübergangspunkt der nicht flüchtig und möglichst niedrigviskos ist. Ziel dieser Arbeit war es neue Reaktivverdünner für LT-AMTs zu finden. Verschiedene neue Monomere wurden hergestellt und hinsichtlich ihrer Reaktivität und thermomechanischen Eigenschaften getestet. Dabei wurden photo-DSC, RT photorheology und DMTA als Messmethoden verwendet.

Photopolymerization exhibit many advantages compared to conventional thermal polymerization, such as faster reaction speed, solvent-free reactions and the possibility of local curing. One utilization of photopolymers are lithography-based additive manufacturing technologies (LT-AMTs), which are fast advancing and find applications in various fields of industries. Superior precision and good surfaces with a rather cheap setup are characteristic for LT-AMTs. Unfortunately, the choice of materials is limited and conventionally used (meth)acrylates yield objects with poor mechanics since they exhibit a low impact resistance. In order to decrease the brittleness, high molecular weight resins are nowadays used. However, they require elevated temperatures to achieve processability and additionally, a reactive diluent is usually needed to reach sufficiently low viscosity. Monofunctional methacrylates with low molecular weight are common reactive diluents in photopolymerization industry. However, they usually show a high volatility and often decrease the heat deflection temperature. Therefore, a non-volatile and low-viscous reactive diluent, which improves the thermomechanical properties of photocurable resins is needed. The aim of this work was to find new reactive diluents that are feasible in LT AMTs. Various new monomers were synthesized and thoroughly examined towards their reactivity and thermomechanical properties by means of photo DSC, RT photorheology and DMTA.