熱硬化性材料の3Dプリントにおける塩の魔法の使用

出典: 東華大学材料科学工学部

熱硬化性材料は、優れた機械的特性、熱安定性、耐薬品性を備えているため、航空宇宙、自動車、海洋、エネルギーなどのさまざまな業界で広く使用されています。しかし、熱硬化性材料の加工や成形は比較的難しく、その用途は大きく制限されます。 3D プリント技術は近年登場した高度な加工方法であり、微細で複雑な 3 次元構造を迅速かつ効率的に製造し、パーソナライズされたカスタマイズを容易にできるため、多くの分野で優れた応用可能性を示しています。熱硬化性材料を3Dプリントできれば、その用途は大きく広がるでしょう。しかし、ほとんどの熱硬化性材料の成形には長い架橋プロセスが必要であり、3D プリントの連続製造方法に合わせるのは困難です。そのため、現在、熱硬化性材料の 3D プリントは主に感光性樹脂に限定されており、ほとんどの熱硬化性材料では効果的な 3D プリントを行うことができません。

▲3Dプリント熱硬化性材料戦略の設計概念と多様な応用東華大学繊維材料改質重点国家実験室のYou Zhengwei教授のチームは、この問題を効果的に解決するための新しい戦略を提案しました。関連する結果は、「多様な用途のための熱硬化性樹脂の 3D 印刷の一般的な戦略」というタイトルで、材料科学の分野で有名な学術誌である Materials Horizons に掲載されました。

この戦略の核となるのは、誰もがよく知っている塩であり、これを熱硬化性プレポリマーと巧みに組み合わせて複合印刷インクを形成する。印刷プロセス中、塩粒子は増粘剤として機能し、スムーズな印刷と成形を保証します。同時に、熱硬化プロセス中、塩粒子は強化剤として機能し、高温高真空架橋プロセス中に印刷された3次元構造が適合性を維持することを保証します。硬化および成形後、塩粒子は水によって容易に溶解および除去できるため、多孔質構造を得るためのポロゲンとして機能します。この戦略は汎用性に優れており、架橋ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂などのさまざまな熱硬化性材料の直接押し出し 3D プリントを実現できます。また、印刷された構造には、従来の 3D プリントでは実現が難しい微細孔も備わります。

熱硬化性エラストマーを例に応用研究を行った。印刷されたエラストマーの溶媒に対する大規模な膨潤効果と、微細多孔構造の効率的な吸着と脱着を利用して、繰り返し周期応答を持つガスセンサーを構築しました。同時に、3Dプリントのパーソナライズされたカスタマイズの利点を利用して、溶媒に瞬時に反応して大規模な変形ができる勾配構造の弾性溶媒アクチュエータを構築し、ソフトロボットなどの分野での潜在的な応用の見通しを持っています。その後、彼らは上海交通大学付属瑞金病院の趙強教授と葉暁鋒教授のチームと協力し、印刷された3次元パッチが心筋梗塞を効果的に治療できることを証明した。この研究は、熱硬化性材料の3Dプリントにシンプルで効率的かつ普遍的な新しい戦略を提供し、3Dプリントの応用範囲を広げ、多くの分野での応用の見通しが良好な一連の新しい3次元機能性材料を構築することが期待されます。

3Dプリント熱硬化性材料戦略の設計コンセプトと多様な用途

▲3Dプリントフレキシブルアクチュエーター東華大学博士課程の学生であるレイ・ドン氏が論文の筆頭著者であり、東華大学のユウ・ジェンウェイ教授と上海交通大学付属瑞金病院のチャオ・チアン教授、イェ・シャオフェン教授が共同著者である。 Mo Xiumei教授、He Chuanglong教授、Zhu Bo教授がこの論文の共著者です。この研究は、国家重点研究開発計画、中国国家自然科学基金、上海自然科学基金の資金提供を受けて行われました。

全文リンク:
https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/mh/c8mh00937f
掲載日：10.1039/C8MH00937F

出典: 東華大学材料科学工学部

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