Riassunto analitico
L’obiettivo di questo lavoro di tesi è la preparazione e caratterizzazione di formulazioni foto-polimerizzabili per potenziali applicazioni in stereolitografia (SLA) per l’ottenimento di materiali polimerici con proprietà a memoria di forma.
La stereolitografia è una tecnica di manifattura additiva (stampa 3D) che, come tutte le tecnologie appartenenti a questi metodi di produzione, partendo dalla definizione matematica dell’oggetto da creare (modello CAD tridimensionale) permettono la sua produzione attraverso la deposizione di strati successivi di materiale. La stereolitografia utilizza come materiali di partenza resine liquide foto-polimerizzate da un raggio laser che illumina uno strato predefinito di resina causando indurimento della formulazione seguendo il modello 3D dell’oggetto strato dopo strato.
I materiali con proprietà a memoria di forma sono capaci di assumere una forma temporanea, partendo da una permanente e di fissarla per un tempo considerevole; inoltre possiedono la capacità di recupero della forma permanente tramite un opportuno stimolo.
Per la preparazione delle formulazioni foto-polimerizzabili sono stati utilizzati polietileneglicole diacrilato (PEGDA) a cui viene aggiunto polietilene glicole (PEG) in varie concentrazioni, in particolare abbiamo aumentato la concentrazione di PEG nel PEGDA dal 10% p/p fino al 50% p/p; tutte le formulazioni sono state preparate in soluzione acquosa ad una concentrazione compresa tra 80 e 70% p/p di resina totale. Il materiale finale è quindi costituito da una componente polimerica semicristallina (PEG) e da un materiale reticolato chimicamente (PEGDA). Il PEG è la componente flessibile capace di deformarsi plasticamente e che permette di fissare la forma temporanea, è caratterizzato da una temperatura di transizione reversibile che è la temperatura di fusione. Il PEGDA è un materiale chimicamente reticolato e garantisce il recupero della forma permanente.
Inizialmente le formulazioni preparate sono state reticolare in lampada UV al fine di ottenere dei provini di forma rettangolare utilizzati per le successive caratterizzazioni. In particolare, per tutti i materiali preparati, sono stati determinati il grado di rigonfiamento e la frazione gel in acqua. Successivamente, le proprietà termiche dei materiali sono state determinate mediante calorimetria differenziale a scansione (DSC), mentre le proprietà termo-meccaniche e a memoria di forma sono state analizzate con dinamico-meccanica (DMA). Tramite le analisi con DSC abbiamo definito le temperature caratteristiche dei due componenti: la temperatura di transizione vetrosa del PEGDA pari a -30 °C e la temperatura di fusione del PEG pari a 60 °C che definisce la temperatura caratteristica per le proprietà a memoria di forma. Dai risultati ottenuti mediante DMA è possibile notare come tutti materiali preparati presentino buone proprietà meccaniche con valori di modulo conservativo a temperatura ambiente compresi tra 9 e 220 MPa e comunque variabili e controllabili in funzione della composizione del materiale ed in particolare del rapporto PEG:PEGDA. Infine tutti i materiali preparati presentano buone proprietà a memoria di forma: i valori di fissaggio della forma temporanea Rf variano tra il 65% e il 98% mentre il recupero della forma permanente Rr varia tra il 65% e il 89%, entrambi aumentano con la concentrazione del PEG.
Tra le varie composizioni preparate, la formulazione contenete il 30% p/p di PEG è stata scelta per la stampa 3D con stereolitografia di provini di forma rettangolare sottoposti alle stesse caratterizzazioni descritte precedentemente. I risultati ottenuti sui provini stampati rivelano buone proprietà meccaniche e a memoria di forma e incoraggiano potenziali applicazioni in campi come il biomedicale.
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