高分子精密設計に基づく光造形物の階層構造制御

基于聚合物精密设计的立体加工物体层次结构控制

基本信息

批准号：
21K04691
负责人：
向井理
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究テーマ「高分子精密設計に基づく光造形物の階層構造制御」では、研究目的として高分子精密設計法の一つである可逆的付加開裂連鎖移動（RAFT)重合法を用いて造形物のレオロジー特性や機械特性などの材料物性を階層構造を制御することにより自在に操作可能な新規光造形法の構築を目指している。本研究を実施するにあたり、光造形に一般的に用いられる樹脂であるエトキシ化(6)トリメチロールプロパントリアクリレート(SR499)を硬化させるのに有効な（RAFT)剤の探索を行なった。その結果、ジエチレンチオカボネート(DTC)系のRAFT剤をSR499に少量添加することで、紫外線を照射することで硬化することが明らかになった。従来、RAFT材を用いた光造形法では、Boyerらによって光増感材を添加する方法が報告されているが、材料への着色してしまうといったデメリットが存在した。対して、我々の造形法では、光増感剤を入れずに造形が可能であったことから、材料への着色がなく透明な硬化物を得ることができた。次に、紫外線による硬化が確認できたことから、我々の独自開発した紫外線レーザーを導入した光造形装置を用い、造形を行なったところ、ピラミッド（高さ:1.5 mm, 底面1.5 × 1.５mm）状の構造物を得ることができた。さらに、高分子末端にRAFT材を有するマクロ連鎖移動材(macro-CTA)を合成しSR499と混合したものを光造形用樹脂として造形を試みた。その結果、造形時のレーザー走査速度により造形物中の相分離構造の変化により光学特性ならびに力学特性が変化することが明らかになった。さらに、走査速度を変えながら造形を行なったところミクロな相分離構造とマクロなヘテロ構造を併せ持つ階層構造を有する造形物を単一の材料から作成することに成功した。

在本研究主题“基于精密聚合物设计的立体光刻物体的分层结构控制”中，我们将使用精密聚合物设计方法之一的可逆加成断裂链转移（RAFT）聚合来创建结构。构建一种新的立体光刻方法，可以通过控制层次结构来自由操纵流变特性和机械特性等材料特性。在进行这项研究时，我们寻找一种 (RAFT) 试剂，可有效固化乙氧基化 (6) 三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 (SR499)（一种常用于立体光刻的树脂）。结果表明，通过在SR499中添加少量二亚乙基硫代碳酸酯(DTC)类RAFT剂，可以通过UV照射进行固化。传统上，在使用RAFT材料的立体光刻中，Boyer等报道了添加光敏剂的方法，但该方法存在使材料着色的缺点。另一方面，通过我们的成型方法，无需添加光敏剂即可成型，因此无需对材料进行着色即可获得透明的固化产物。接下来，由于我们能够确认紫外线引起的固化，因此我们使用了我们开发的配备紫外线激光的立体光刻装置来制作金字塔（高度：1.5毫米，底部1.5×1.5毫米）。获得这样的结构。此外，我们合成了聚合物末端带有RAFT材料的大链转移剂（macro-CTA），并将其与SR499混合，并尝试将其用作立体光刻树脂。结果表明，根据建模过程中的激光扫描速度，由于建模对象中相分离结构的变化，光学和机械特性发生变化。此外，通过在改变扫描速度的同时进行建模，他们成功地创建了具有分层结构的建模对象，该对象同时具有微观相分离结构和来自单一材料的宏观异质结构。