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L. Sinawehl:
"Cationic Photopolymerization in Hot Lithography";
Supervisor: R. Liska, J. Stampfl; Institut für Angewandte Synthesechemie, 2019; final examination: 12-16-2019.

Photopolymerisation von licht-härtenden Harzen bietet im Vergleich zu klassischer thermischer Polymerisation zahlreiche Vorteile, wie Lösungsmittelfreiheit, schnelle Reaktionen, geringer Energiebedarf und die Möglichkeit Objekte mit hoher örtlicher Auflösung herzustellen. Diese photopolymerisierbaren Systeme kommen in den Lithographie-basierten Additiven Fertigungstechnologien (L-AMTs) zum Einsatz, welche neben geringen Kosten eine überragende Präzision bieten und 3D-Objekte mit glatten Oberflächen liefern. L-AMTs stellen seit ihrer Einführung ein schnell wachsendes Gebiet dar, mit Anwendungen in den verschiedensten Feldern (z.B. Werkzeugproduktion, Biomedizin und Zahnmedizin). Radikalische Photopolymerisation von konventionellen (Meth)acrylaten ist die in L-AMTs zumeist verwendete Methode, aufgrund von außerordentlich hohen Reaktionsraten der Monomere. Jedoch werden radikalische Systeme durch Sauerstoff inhibiert, die polymerisierten Proben weisen eine hohe Polymerisationsschrumpfung auf und die Monomere sind überdies nicht biologisch unbedenklich und potenziell cytotoxisch in vivo. Kationische Photopolymerisation von Vinylethern, Epoxiden und Oxetanen weist keine der zuvorgenannten Nachteile auf, jedoch werden kurze Wellenlängen (< 365 nm) zum Start der Polymerisation benötigt, um hohe Reaktionsraten zu erreichen, wodurch die härtbare Schichtdicke sowie in vivo Anwendungen limitiert sind. Zudem weisen kommerziell erhältliche Monomere bei längeren Wellenlängen (> 375 nm) geringe Reaktionsraten auf, weshalb aktuell nur wenige teure Monomere für L-AMTs zur Verfügung stehen.
Ziel dieser Arbeit war es, die Reaktionsraten von kommerziell erhältlichen Monomeren (z.B. Epoxide, Oxetane und Vinylether) zu erhöhen, um sie im 3D-Druck anwenden zu können. Ein Weg um kationische Photopolymerisationen zu beschleunigen ist es, die Reaktionstemperaturen zu erhöhen, was in Bezug auf die Stereolithographie als Hot Lithography bezeichnet wird. Dadurch können hohe Reaktionsraten der Monomere erzielt werden. Zunächst wurde eine Vielzahl von Harz-Systemen mithilfe von prozessnahen Laser-Belichtungstests detailliert untersucht, um erste Informationen über ihre Anwendbarkeit in der Hot Lithography zu erhalten. Die vielversprechendsten Formulierungen, wurden in Folge auf ihre Reaktivität getestet (mit Hilfe von photo-DSC, RT-NIR-Photorheologie) sowie 3D-gedruckt und die (thermo)-mechanischen Eigenschaften der hergestellten Teile bestimmt (mit Hilfe von Zugversuchen, DMTA und Dynstat Schlagzähigkeitstests).