АЛИФАТИЧЕСКИЕ МОНОМЕРЫ ЭТИЛЕНГЛИКОЛЕВОГО РЯДА КАК ОСНОВА ДЛЯ ФОТООТВЕРЖДАЕМЫХ СУСПЕНЗИЙ
Аннотация
Проведено систематическое исследование влияния природы алифатических мономеров диакрилатов этиленгликолевого ряда на свойства фотоотверждаемых суспензий на основе порошка сложного оксида со структурой граната состава (Gd,Y)3Al2Ga3O12:Ce для трехмерной печати методом цифровой обработки света (Digital Light Processing). Изучены реологические характеристики суспензий, а также глубина их полимеризации при использовании как модельного 1,6-гександиол диакрилата, так и указанных мономеров, при наполнении твердыми частицами 30 об.% (70 масс.%). Вязкость фотоотверждаемых суспензий систематически увеличивается от 0,627 до 2,38 Па∙с в зависимости от молекулярной массы исходного мономера. Кроме того, с ростом длины цепи в ряду этиленгликоль диакрилатов наблюдается повышение глубины полимеризации по сравнению с модельным мономером. Осуществлена трехмерная печать композитов с последующим выжиганием и высокотемпературным спеканием, позволившим получить тонкостенную оксидную керамику сетчатой структуры с диаметром отверстий ~400 мкм. Установлено, что выбор мономера играет ключевую роль в достижении высокого разрешения печати и улучшении качества керамики. Оптимальные характеристики как суспензий, так и конечной керамики, продемонстрированы для составов на основе триэтиленгликоль диакрилата. На основании результатов дифференциального термогравиметрического анализа проведено сравнение процессов выжигания органического связующего в воздушной и инертной атмосферах. Показано, что даже при достаточно коротком (12 ч) режиме использование инертной среды позволяет практически полностью исключить наличие внутренних трещин и расслоений с сохранением некоторого количества пор в керамических образцах за счет ингибирования процессов окисления органических компонентов.
Для цитирования:
Ермакова Л.В., Сергеев А.М., Смыслова В.Г., Лелекова Д.Е., Шаталова Т.Б., Соколов П.С. Алифатические мономеры этиленгликолевого ряда как основа для фотоотверждаемых суспензий. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 2. С. 88-95. DOI: 10.6060/ivkkt.20256802.7131.
Литература
Myasnikov D.A., Poturaev P.S., Krasnovskikh M.P., Mokrushin I.G. Praseodimum zirconate: phase formation during heat treatment and electrochemical behavior. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 9. P. 6-12. DOI: 10.6060/ivkkt.20226509.6510.
Li X., Yin J., Lai Y., Zhang X., Yu S. Improved microstructure and optical properties of Nd:YAG ceramics by hot isostatic pressing. Ceram. Int. 2023. V. 49. N 19. P. 31939–31947. DOI: 10.1016/j.ceramint.2023.07.156.
Marulcuoglu H., Kara F. Microstructure and mechanical properties of dense Si3N4 ceramics prepared by direct co-agulation casting and cold isostatic pressing. Mater. Sci. Eng. A. 2022. V. 854. P. 143782. DOI: 10.1016/j.msea.2022.143782.
Stuer M., Bowen P., Zhao Z. Spark plasma sintering of ceramics: From modeling to practice. Ceramics. 2020. V. 3. N 4. P. 476–493. DOI: 10.3390/ceramics3040039.
Chen Z., Li Z., Li J., Li J., Liu C., Lao C., Fu Y., Liu C., Li Y., Wang P., He Y. 3D printing of ceramics: A review. J. Eur. Ceram. Soc. 2019. V. 39. N 4. P. 661–687. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2018.11.013.
Shahzad A., Lazoglu I. Direct ink writing (DIW) of structural and functional ceramics: recent achievements and fu-ture challenges. Compos. B Eng. 2021. V. 225. P. 109249. DOI: 10.1016/j.compositesb.2021.109249.
Lube T., Staudacher M., Hofer A.-K., Schlacher J., Bermejo R. Stereolithographic 3D printing of ceramics: challenges and opportunities for structural integrity. Adv. Eng. Mater. 2023. V. 25. N 7. P. 2200520. DOI: 10.1002/ adem.202200520.
Truxova V., Safka J., Seidl M., Kovalenko, I., Volesky L., Ackermann M. Ceramic 3D printing: Comparison of SLA and DLP technologies. MM Sci. J. 2020. V. 2020. P. 3905–3911. DOI: 10.17973/MMSJ.2020_06_2020006.
Zou W., Yang P., Lin L., Li Y., Wu S. Improving cure performance of Si3N4 suspension with a high refractive index resin for stereolithography-based additive manufacturing. Ceram. Int. 2022. V. 48. N 9. P. 12569–12577. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.01.124.
Huang X., Dai H., Hu Y., Zhuang P., Shi Z., Ma Y. De-velopment of a high solid loading β-TCP suspension with a low refractive index contrast for DLP-based ceramic stere-olithography. J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41. N 6. P. 3743–3754. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.12.047.
Ermakova L.V, Dubov V.V, Saifutyarov R.R., Kuz-netsova D.E., Malozovskaya M.S., Karpyuk P.V., Dosovitskiy G.A., Sokolov P.S. Influence of luminescent properties of powders on the fabrication of scintillation ceramics by stereolithography 3D printing. Ceramics. 2023. V. 6. N 1. P. 43–57. DOI: 10.3390/ceramics6010004.
Bynum S., Tullier M., Morejon‐Garcia C., Guidry J., Runnoe E., Pojman J. The effect of acrylate functionality on frontal polymerization velocity and temperature. J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 2019. V. 57. N 9. P. 982–988. DOI: 10.1002/pola.29352.
Kurdikar D.L., Peppas N.A. The volume shrinkage, thermal and sorption behaviour of polydiacrylates. Poly-mer. 1995. V. 36. N 11. P. 2249-2255. DOI: 10.1016/0032-3861(95)95304-J.
Tikhonov A., Evdokimov P., Klimashina E., Tikhonova S., Karpushkin E., Scherbackov I., Dubrov V., Putlayev V. Stereolithographic fabrication of three-dimensional permeable scaffolds from CaP/PEGDA hydrogel biocom-posites for use as bone grafts. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2020. V. 110. P. 103922. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2020.103922.
Klimaschewski S. F., Küpperbusch J., Kunze A., Vehse M. Material investigations on poly (ethylene glycol) di-acrylate-based hydrogels for additive manufacturing considering different molecular weights. J. Mech. Energy Eng. 2022. V. 6. N 1. P. 33–42. DOI: 10.30464/jmee.2022.6.1.33.
Li H., Liu Y., Liu Y., Zeng Q., Hu K., Lu Z., Liang J. Effect of debinding temperature under an argon atmos-phere on the microstructure and properties of 3D-printed alumina ceramics. Mater. Charact. 2020. V. 168. P. 110548. DOI: 10.1016/ j.matchar.2020.110548.
Fu X., Zou B., Xing H., Li L., Li Y., Wang X. Effect of printing strategies on forming accuracy and mechanical properties of ZrO2 parts fabricated by SLA technology. Ceram. Int. 2019. V. 45. N 14. P. 17630–17637. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.05.328.
Li H., Liu Y., Liu Y., Wang J., Zeng Q., Hu K., Lu Z. Influence of vacuum debinding temperature on micro-structure and mechanical properties of three-dimensional-printed alumina via stereolithography. 3D Print. Addit. Manuf. 2020. V. 7. N 1. P. 8–18. DOI: 10.1089/3dp.2019.0060.
Dubov V., Gogoleva M., Saifutyarov R., Kucherov O., Korzhik M., Kuznetsova D., Komendo I., Sokolov P. Micro-Nonuniformity of the Luminescence Parameters in Compositionally Disordered GYAGG: Ce Ceramics. Photonics. 2023. V. 10. N 1. P. 54. DOI: 10.3390/photonics10010054
Ermakova L.V., Smyslova V.G., Dubov V.V, Kuznetsova D.E., Malozovskaya M.S., Saifutyarov R.R., Karpyuk P.V., Sokolov P.S., Komendo I.Yu., Bondarau A.G., Mechinsky V.A., Korzhik M.V. Effect of a Phosphorus Additive on Luminescent and Scintillation Properties of Ceramics GYAGG:Ce. Ceramics. 2023. V. 6. N 3. P. 1478–1489. DOI: 10.3390/ceramics6030091
Hershell W.H., Bulkey R. Konsistenzmessungen von Gummi-Benzollosungen. Kolloid. Zeitschrift. 1926. V. 39. P. 291. DOI: 10.1007/BF01432034
Jacobs P.F. Rapid prototyping & manufacturing: funda-mentals of stereolithography. Society of Manufacturing Engineers. 1992. 434 p.
Komissarenko D.A., Sokolov P.S., Evstigneeva A.D., Slyusar I.V., Nartov A.S., Volkov P.A., Lyskov N.V., Evdokimov P.V., Putlayev V.I., Dosovitsky A.E. DLP 3D printing of scandia-stabilized zirconia ceramics. J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41. N 1. P. 684–690. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.09.010
Ermakova L.V., Kuznetsova D.E., Poplevin D.S., Smyslova V.G., Karpyuk P.V., Sokolov P.S., Dosovitskiy G. A., Chizhevskaya S.V. Effect of Acrylate Monomer on the Characteristics of Photopolymerizable Suspensions for Obtaining Ceramic from Stabilized ZrO2. Glass Ceram. 2023. V. 79. N 9. P. 395–400. DOI: 10.1007/s10717-023-00520-w.
Zhang L., Huang J., Xiao Z., He Y., Liu K., He B., Xiang B., Zhai J., Kong L. Effects of debinding condition on microstructure and densification of alumina ceramics shaped with photopolymerization-based additive manufac-turing technology. Ceram. Int. 2022. V. 48. N 10. P. 14026–14038. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.01.288.
