Photopolymerisation

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Photopolymerisationen (auch photoinitiierte Polymerisation) sind Polymerisationen, die durch die Absorption von sichtbaren oder ultravioletten Licht initiiert werden, typischerweise durch einen Photoinitiator.

Je nach Art des Initiators und seine Zerfallreaktion können radikalische oder ionische Kettenpolymerisationen initiiert werden. In der Regel unterscheidet sich die Photopolymerisation lediglich durch den Initiationsschritt von einer gewöhnlichen Kettenpolymerisation; die darauf folgenden Schritte, wie Kettenwachstum und Kettenabbruch sind identisch.

Photopolymerisation
Initiation
Energiereiches UV-Licht spaltet den Photoinitiator in zwei reaktive Radikale.
GHAG RadPolymerisation-0-Initiation.png
Kettenstart
Ein Radikal kann an eine Doppelbindung eines Monomers oder Oligomers anknüpfen, die Doppelbindung geht verloren, die Radikaleigenschaft geht auf das Monomer über, das dadurch weitaus reaktiver wird.
GHAG RadPolymerisation-1-Kettenstart.png
Kettenfortpflanzung
Das Monomer-Radikal kann an ein weiteres Monomer oder an ein Oligomer anknüpfen, die Kettenlänge wächst durch Reaktion der Kettenradikale mit den reaktiven Doppelbindungen des Oligomers. Aufgrund der vielfältigen Verknüpfungsmöglichkeiten bilden sich stark vernetzte Makromoleküle.
GHAG RadPolymerisation-2-Kettenfortpflanzung.png
Kettenabbruch
Die Kettenreaktion würde sich bis zum Verbrauch aller Monomere auch ohne Lichteinstrahlung fortsetzen, wird aber unterbrochen, sobald zwei Radikale aufeinander treffen.
GHAG RadPolymerisation-3-Kettenabbruch.png

Werden Kunstharze auf Trägermaterialien aufgetragen und gezielter Belichtung ausgesetzt, findet die Polymerisation nur in Regionen statt, die dem Licht ausgesetzt waren. Dieses Prinzip kann dreidimensional erweitert werden, sodass die Photopolymerisation im 3D-Druck angewandt wird. [1]

Die Monomeren für UV-härtende Substanzen kontrollieren die Härtungsgeschwindigkeit, die Vernetzungsdichte, die Oberflächeneigenschaften des Polymerfilms und die Viskosität des Granulats, während die Acrylat-Matrix die mechanischen Eigenschaften bestimmt. Photopolymere für die 3D-Bildgebung werden so entwickelt, dass sie eine geringe Volumenabnahme bei der Polymerisation haben, um ein Schrumpfen des festen Objekts zu verhindern. Die normalerweise für 3D-Bildgebung verwendeten Monomere sind multifunktionelle Acrylate und Methacrylate, kombiniert mit einer nicht-polymerisierenden Verbindung, um Volumenschrumpfung zu verhindern. [2]

Modellhafte Darstellung der Photopolymerisation mit Vernetzungspotenzial
Schematische Darstellung des UV-LCD-SLA-Drucks
  1. Photopolymerisation https://de.wikipedia.org/wiki/Photopolymerisation (abgerufen am 31.07.21)
  2. Photopolymer https://de.wikipedia.org/wiki/Photopolymer (abgerufen am 03.08.21)