Alternativas a los fotopolímeros a base de petróleo

En un artículo titulado “Photoinitiator Free Resins Composed of Plant-Derived Monomers for the Opticalµ-3D Printing of Thermosets” (Resinas libres de fotoiniciadores compuestas de monómeros derivados de plantas para la impresión óptica de termoestables), un grupo de investigadores discute su investigación sobre el aceite de soja epoxidado acrilado (AESO) y las mezclas de AESO y dimetacrilato de vainillina (VDM) o diacrilato de vanillina (VDA) como resinas fotosensibles para la impresión óptica en 3D sin necesidad de utilizar fotoinicilizadores ni solventes. Los aceites naturales como estos, según los investigadores, son algunas de las mejores alternativas a las resinas a base de petróleo.

Se realizaron pruebas de curado UV/VIS en AESO puro y dos series de resinas: AESO/VDM y AESO/VDA. También se realizaron análisis de estructura química, extracción Soxhlet, calorimetría de barrido diferencial, análisis termogravimétrico y ensayos mecánicos. Los investigadores luego experimentaron con las resinas utilizando la escritura directa con láser en litografía 3D.

“Se sabe que el grupo acrílico es más reactivo que el metacrílico”, afirman los investigadores. “Esto explica el aumento del período de inducción y del valor de tgel durante el fotocruzamiento de la serie de resinas AESO/VDM en comparación con AESO. Además, la pendiente de la curva G’ de AESO era más pronunciada que la de la serie de resinas AESO/VDM, lo que indica la formación más rápida de la red de polímeros[50]. Los valores’G’ altos indican mejores propiedades mecánicas de los polímeros causadas por la alta densidad de los enlaces cruzados. Así, los valores más altos de G’ de AESO indican la mayor densidad de enlaces cruzados en este polímero (pAESO)”.

Los investigadores descubrieron a través de sus experimentos que AESO tiende a formar polímeros densamente entrelazados incluso sin fotoiniciadores. AESO y AESO/VDM1, añaden, pueden ser “grandes candidatos” como materiales renovables para la litografía DLW 3D.

“Se prevé que la fotoestructuración sin los fotoiniciadores sea beneficiosa para los campos de la biomedicina, la micro-óptica y la nanofotónica”, continúan. “Evitar los fotoiniciadores tóxicos aumenta la integridad de los andamiajes biodegradables de crecimiento celular y reduce la autofluorescencia mientras se realiza la microscopía in vitro o in vivo. Los materiales absorbentes son perjudiciales para el uso en microóptica y nanofotónica debido a su reducida resiliencia óptica y a las pérdidas de señal inducidas. Además, el uso de materiales de origen vegetal en estas tecnologías se beneficiaría enormemente debido a su baja toxicidad, alta biodegradabilidad y mejores opciones de reciclaje. Por último, reduciría la dependencia de recursos fósiles limitados y cada vez más caros, así como la emisión de gases de efecto invernadero, que son los objetivos de la estrategia’Europa 2020′ iniciada por la Comisión Europea”.

El estudio de fotorreometría en tiempo real de los investigadores “reveló la mayor tasa de fotocruzamiento del aceite de soja epoxidado acrilado puro que el de su mezcla con dimetacrilato de vainillina o diacrilato de vainillina sin fotoiniciador y disolvente”. La adición de dimetacrilato de vainillina redujo la tasa de fotocruzamiento entre los valores de la temperatura de transición vítrea, la temperatura de descomposición térmica y el módulo de compresión.

“La formación de macromoléculas más lineales y/o ramificadas consideró el efecto de dimetacrilato de vainillina como un plastificante para el aceite de soja epoxidado acrilado en fotocruzamiento sin fotoiniciador”, concluyen los investigadores. “Se demostró experimentalmente que el homopolímero de materiales epoxídicos acrilados adecuados para una rápida microestructuración 3D mediante la técnica de la litografía de escritura directa por láser.”

Dado que los fotoiniciadores pueden causar irritaciones en la piel y alergias de contacto a largo plazo en personas que trabajan con ellos en forma líquida, este puede ser un muy buen desarrollo para aquellos que procesan piezas de DLP y estereolitografía. Quizás sería más seguro en la parte final también. Cualquier desarrollo en materiales de impresión 3D puede ahora hacer que todos los materiales compatibles existentes sean más seguros y quizás menos costosos, por lo que este tipo de desarrollos deben ser aplaudidos.

Entre los autores del artículo se encuentran Migle Lebedevaite, Jolita Ostrauskaite, Edvinas Skliutas y Mangirdas Malinauskas.

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