Syntéza a charakterizace reaktivních prekurzorů z přírodních zdrojů pro SLA 3D tisk

Abstract

Tato práce se zabývá syntézou a charakterizací reaktivních diluentů (RD) z obnovitelných zdrojů pro aplikaci v 3D tisku, přesněji stereolitografii (SLA). Mezi syntetizované molekuly patří vanilin methakrylát (VanMA), vanilin dimethakrylát (VanDiMA) a cinnamyl methakrylát (CinMA). Funkčnost RD byla otestována ve směsi se systémem methakrylovaného řepkového oleje (MRO). Práce se zaměřuje na udržitelnost a na efektivnější syntézu pomocí dostupného katalyzátoru octanu draselného, který je levnější a méně škodlivý oproti standartně používanému 4-dimethylaminopyridinu (DMAP). Navíc byl separován sekundární produkt, kyselina methakrylová, která byla použita pro přípravu MRO a tím snížen celkový vzniklý odpad. Syntetizované produkty byly strukturně potvrzeny pomocí NMR, ESI-MS a FTIR. Po studii jejich reologického chování byly připraveny směsi obsahující 74 hm. % MRO a 25 hm. % RD a 1 hm. % BAPO. Pomocí mSLA byly připraveny testovací tělesa, které byla analyzována pomocí DMA, TGA, tahové a ohybové zkoušky. Z výsledků vyplývá, že CinMA vykazuje srovnatelnou modifikovatelnost viskozity jako komerčně dostupný a používaný isobornyl methakrylát (IBOMA). Ve srovnání s optimálním RD (CinMA) dosahují VanMA a VanDiMA lepších termomechanických a mechanických výsledků, vyšší teplotní stabilitu a takřka nulovou těkavost. Směs MRO a VanDiMA dosáhla pevnosti v tahu 12,7 ± 0,3 MPa (11,2 ± 0,4 MPa), pevnosti v ohybu 16,0 ± 1,8 MPa (11,4 ± 0,2 MPa), teploty skelného přechodu o 84 °C (60 °C) a indexu teplotní stability 169 °C (164 °C).This work focuses on the synthesis and characterization of reactive diluents (RD) derived from renewable resources for application in 3D printing, specifically stereolithography (SLA). The synthesized molecules include vanillin methacrylate (VanMA), vanillin dimethacrylate (VanDiMA), and cinnamyl methacrylate (CinMA). The functionality of the RDs was tested in mixtures with a methacrylated rapeseed oil (MRO) system. The work emphasizes sustainability and a more efficient synthesis using an accessible catalyst, potassium acetate, which is cheaper and less hazardous compared to the commonly used 4-dimethylaminopyridine (DMAP). In addition, a secondary product, methacrylic acid, was isolated and subsequently used for the preparation of MRO, thereby reducing the total waste generated. The synthesized products were structurally confirmed by NMR, ESI-MS, and FTIR. After studying their rheological behaviour, mixtures containing 74 wt.% MRO, 25 wt.% RD and 1 wt.% BAPO were prepared. Test specimens were produced via mSLA and analysed by DMA, TGA, tensile, and flexural testing. The results show that CinMA exhibits viscosity-modifying performance comparable to the commercially available and widely used isobornyl methacrylate (IBOMA). Compared to the optimal RD (CinMA), VanMA and VanDiMA achieve superior thermomechanical and mechanical properties, higher thermal stability, and nearly negligible volatility. The MRO/VanDiMA mixture reached a tensile strength of 12.7 ± 0.3 MPa (11.2 ± 0.4 MPa), a flexural strength of 16.0 ± 1.8 MPa (11.4 ± 0.2 MPa), a glass transition temperature of 84 °C (60 °C), and a thermal stability index of 169 °C (164 °C).