Научная статья на тему 'ИЗМЕНЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ФОТОПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ'

ИЗМЕНЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ФОТОПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
183
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ / СТЕРЕОЛИТОГРАФИЯ / ФОТОПОЛИМЕРНЫЕ СМОЛЫ / ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ / АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ / БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ / ОРГАНИЧЕСКИЕ РАСТВОРИТЕЛИ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Ефремова А. Я., Пивовар М. Л., Сабодина М. Н.

Статья посвящена изучению свойств фотополимерных смол, используемых для 3D-печати. Методом исследования являлось моделирование процесса контакта изделий, напечатанных на фотополимерном 3D-принтере из фотополимерных смол 4 марок, с буферными растворами с pH от 3 до 12 и 26 растворителями различных классов органических соединений. Описаны изменения внешнего вида и свойств исследуемых материалов при воздействии различных органических растворителей и буферных растворов. Установлено отклонение по массе готовых изделий в зависимости от выбранной фотополимерной смолы. В буферных растворах наблюдалось снижение механической прочности поверхностных слоев при значениях pH, отличных от нейтрального. При контакте с органическими растворителями зафиксировано изменение поверхностных структур, интенсивное набухание полимера, изменение геометрии объектов, образование коллоидных растворов, в отдельных случаях расслаивание и частичное растворение изделий, что приводит к потере механической прочности и отсутствию устойчивости моделей к приложению изгибающих сил. В результате исследования выявлена утрата функциональных и эксплуатационных свойств фотополимерных материалов, не задокументированная производителем.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CHANGE IN OPERATING PROPERTIES OF PHOTOPOLYMER MATERIALS FOR 3D-PRINTING UNDER THE INFLUENCE OF CHEMICAL FACTORS

The article is devoted to the study of photopolymer resins properties used for 3D-printing. The research method was process modelling of the items contact printed on a photopolymer 3D-printer from photopolymer resins of 4 brands using buffer solutions with pH 3-12 and 26 solvents of different classes of organic compounds. The changes in appearance and properties of the materials studied when exposed to various organic solvents and buffer solutions are described. Deviation in the mass of finished items depending on the selected photopolymer resin is determined. Mechanical strength reduction of surface layers at pH values different from neutral in buffer solutions was observed. Change in surface structures, intensive polymer swelling, change in objects geometry, formation of colloidal solutions and in some cases delamination and incomplete dissolution of items resulting in loss of mechanical strength, and absence of model stability to the application of bending forces were recorded in contact with organic solvents. The study revealed loss of functional and operational properties of photopolymer materials not documented by the manufacturer.

Текст научной работы на тему «ИЗМЕНЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ФОТОПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ»

Вестник фармации №4 (98), 2022 Научные публикации

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 004.356:612.014.462 DOI: https://doi.org/10.52540/2074-9457.2022A75

А. Я. Ефремова, М. Л. Пивовар, М. Н. Сабодина

ИЗМЕНЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ФОТОПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет,

г. Витебск, Республика Беларусь

Статья посвящена изучению свойств фотополимерных смол, используемых для 3D-печати. Методом исследования являлось моделирование процесса контакта изделий, напечатанных на фотополимерном 3D-принтере из фотополимерных смол 4 марок, с буферными растворами с рН от 3 до 12 и 26 растворителями различных классов органических соединений. Описаны изменения внешнего вида и свойств исследуемых материалов при воздействии различных органических растворителей и буферных растворов. Установлено отклонение по массе готовых изделий в зависимости от выбранной фотополимерной смолы. В буферных растворах наблюдалось снижение механической прочности поверхностных слоев при значениях рН, отличных от нейтрального. При контакте с органическими растворителями зафиксировано изменение поверхностных структур, интенсивное набухание полимера, изменение геометрии объектов, образование коллоидных растворов, в отдельных случаях расслаивание и частичное растворение изделий, что приводит к потере механической прочности и отсутствию устойчивости моделей к приложению изгибающих сил. В результате исследования выявлена утрата функциональных и эксплуатационных свойств фотополимерных материалов, не задокументированная производителем.

Ключевые слова: аддитивные технологии, стереолитография, фотополимерные смолы, полимеризация, аналитическое оборудование, буферные растворы, органические растворители.

ВВЕДЕНИЕ

3D-технологии включают инструменты и процессы создания трехмерных цифровых моделей с их последующим производством, как правило, с использованием технологий 3D-печати (аддитивных технологий) [1]. Основными их достоинствами являются высокое качество и точность получаемых объектов, широкий ассортимент материалов с разнообразным набором физико-химических свойств и, как следствие, возможность создания структур крайне высокой сложности [2].

Значительная часть аналитического оборудования, которым оснащены современные контрольно-аналитические и химико-токсикологические лаборатории, произведена зарубежными производителями. Данное оборудование требует регулярного технического обслуживания и замены вышедших из строя или потерявших

функциональные свойства элементов и запасных частей (комплектующих). Ввиду различных причин в настоящее время закупка отдельных расходных материалов и комплектующих для аналитического оборудования значительно затруднена [3]. В то же время технологии 3D-печати позволяют изготавливать требуемые детали при относительно низких затратах и в необходимых количествах [4]. Благодаря этому уменьшается период простоя аналитического оборудования и снижаются затраты на его обслуживание, что в совокупности обеспечивает непрерывность работы конкретной лаборатории.

На современном этапе развития аддитивных технологий существует множество методов 3D-печати, отличающихся как используемыми для печати материалами, так и способами их послойного нанесения [5]. Для печати мелких объектов c большим количеством функцио-

нально значимых деталей оптимальным методом является стереолитография. В первую очередь это обусловлено высокой разрешающей способностью метода. Под воздействием источника ультрафиолетового излучения (лазер, УФ-проектор или светодиодная матрица с жидкокристаллическим экраном) происходит послойное отверждение фотополимерного материала по форме, предварительно заданной в инструкции для 3D-принтера [6, 7]. Фотополимеризация, теоретически, позволяет получить сверхсшитый материал, достаточно инертный и устойчивый в широком диапазоне рН, а также устойчивый к действию большинства органических растворителей.

Состав фотополимерных смол представляет собой многокомпонентную смесь из способных к полимеризации мономеров, олигомеров (могут отсутствовать) и фотоинициаторов. Кроме основных (активных) компонентов в составе могут присутствовать добавки (наполнители, красители, стабилизаторы, регуляторы), использующиеся для придания определенного набора свойств фотополимерному материалу или их коррекции [8].

Стоит отметить, что несмотря на все большее распространение в последние годы стереолитографических методов 3D-печати, в технической документации производителей отсутствуют не только достоверные данные о физико-химических свойствах отвержденных и неотвер-жденных фотополимерных смол, но и об их химическом или компонентном составах, что не позволяет спрогнозировать свойства получаемых изделий при эксплуатации в конкретных условиях. В научной литературе данная информация в основном представлена краткими теоретическими обзорами. Отсутствует систематический экспериментально подтвержденный подход к данной проблематике. Указанные факты значительно ограничивают применение аддитивных технологий в лабораторной практике и требуют проведения углубленных исследований.

Цель данной работы - изучить свойства фотополимерных смол, используемых для 3D-печати, при контакте с растворами с широким диапазоном рН и различными группами органических растворителей, которые используются в химической лаборатории.

Научные публикации МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В работе использовали полиакри-латные фотополимерные смолы Anycu-bic Dental Non-Castable UV Resin, Any-cubic Basic и Voxelab Standart Photopolymer Resin, а также уретан-акрилатную eSUN eResin-Flex. Из указанных смол на 3D-принтере Anycubic Photon печатали параллелепипеды (размер 25 х 10 х 4 мм), использовавшиеся в дальнейшем при проведении исследования.

Устойчивость изделий, полученных с помощью 3D-печати, к воздействию различных химических факторов изучали путем погружения в стеклянные емкости объемом 10 мл, заполненные буферными растворами с pH от 3 до 12, или 26 различными органическими растворителями. При проведении эксперимента осуществляли визуальное наблюдение за изменением внешнего вида и свойств поверхности напечатанных изделий с фиксацией через каждые 2 часа (в течение первых 12 часов) и через 24 часа. По истечении 24 часов изделия извлекали, просушивали в течение 5 минут при комнатной температуре и взвешивали на аналитических весах Sartorius AC211S. Оценку набухае-мости (водопоглощения) полимерных материалов осуществляли путем отношения массы изделий до эксперимента и после него.

При выполнении работы использовали фосфатные буферные растворы с диапазоном pH от 3,0 до 12,0. Для их изготовления 0,01 M растворы калия диги-дрофосфата, калия гидрофосфата или натрия фосфата доводили до необходимого значения рН 0,002 M растворами калия гидроксида или кислоты ортофосфор-ной. Измерение рН осуществляли с использованием иономера лабораторного И-160М.

При изучении устойчивости изделий из фотополимерных смол к действию органических растворителей использовали насыщенные одноатомные спирты (метанол, этанол, изопропанол, бутанол-1, изо-бутанол, бутанол-2, изоамиловый спирт); простые эфиры (диэтиловый эфир); сложные эфиры (этилацетат, бутилаце-тат, амилацетат); галогеноалканы (хлороформ, 1,2-дихлорэтан, тетрахлорметан); нитрилы (ацетонитрил); амиды (N,N-диметилформамид); насыщенные кетоны

(ацетон, метилэтилкетон); насыщенные альдегиды (формальдегид); насыщенные карбоновые кислоты (муравьиная кислота, уксусная кислота); насыщенные углеводороды (гексан); ароматические соединения (толуол); гетероциклические соединения (диоксан-1,4). Все указанные соединения использовали категории чистоты ХЧ или ЧДА. Дополнительно для исследования применяли технические растворители «Бензин «Галоша» (смесь предельных деароматизированных углеводородов, производитель ООО «Вершина», март 2020 г.) и «Растворитель марки 647» (смесь толуола, бутилацетата, бута-нола и этилацетата, производитель ОАО «Нафтан», 2021 г.).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Перед началом эксперимента было установлено, что, несмотря на высокую

При исследовании влияния контакта водных растворов с pH = 7-8 у всех испытуемых изделий в течение 24 часов не наблюдали значимых изменений поверхности.

На деталях, находившихся в растворах с другими значениями рН, уже через 2 часа можно было наблюдать следующие изменения. У параллелепипедов, напечатанных из eSUN Flex, при pH = 4-6, а также pH = 9-10, наблюдали незначительные трещины вдоль ребер и углов. А при pH = 3 и pH = 11-12 отмечалось незначительное растворение пластика в тех же зонах изделий.

На параллелепипедах, изготовленных из Anycubic Dental, при pH = 9 значимых изменений поверхности не наблюдали. Однако при pH меньше 6 и больше 10 на поверхности параллелепипедов появлялись мелкие параллельные трещины. При этом низкие и высокие значения рН этот процесс усиливали (визуально трещины были крупнее и глубже).

точность воспроизведения деталей цифровой модели при печати фотополимерными материалами, в одинаковых условиях печати (время экспозиции, толщина слоя) может наблюдаться отклонение от средней массы получаемых изделий от -4,48% до +2,48% (в зависимости от используемой фотополимерной смолы). Наибольшее отклонение среди анализируемых смол зафиксировано у Anycubic Dental (таблица 1), используемой в стоматологической практике (для создания демонстрационных моделей и зубных слепков, производства хирургических шаблонов и элайнеров). Указанный факт является необычным, так как ввиду особенностей применения такие смолы характеризуется высокой детализацией получаемых объектов и, соответственно, должны обеспечивать точность воспроизведения геометрических и масса-габаритных параметров.

Изделия из фотополимерной смолы Anycubic Basic в диапазоне pH = 4-12 демонстрировали высокую устойчивость к влиянию буферных растворов. Данный факт может быть частично связан с непрозрачностью исследуемой смолы по сравнению с другими испытуемыми материалами, что затрудняло визуальную оценку наличия поверхностных дефектов. При pH = 3 у параллелепипедов из данной фотополимерной смолы были зафиксированы отчетливые трещины в районе углов.

На параллелепипедах из смолы Voxelab Standart при pH = 6 не отмечали изменений поверхности. При снижении или увеличении значений pH наблюдали появление мелких трещин поверхности, а при pH = 3 и pH = 12 - также незначительное растворение пластика вдоль ребер и углов.

При дальнейших наблюдениях отмечали прогрессирование отмеченных выше

Таблица 1. - Отклонение по массе готовых изделий, полученных на 3D-принтере на основе фотополимерных смол = 40, Р = 0,95)

Марка фотополимерных смол Средняя масса параллелепипедов,г Предельное отклонение от средней массы, %

eSUN eResin-Flex 1,1040 ± 0,0172 -1,85 ~ +1,42

Anycubic Dental 1,0861 ± 0,0402 -4,48 ~ +2,48

Anycubic Basic 1,2075 ± 0,0125 -1,19 ~ +0,72

Voxelab Standart 1,1343 ± 0,0304 -3,29 ~ +2,14

процессов, а также появление при pH = 10 (за исключением изделий из Anycubic Basic) единичных пузырьков в объеме детали, что свидетельствовало об образовании глубоких трещин.

Перечисленные выше явления можно объяснить водопоглощением поверхностными слоями изделий, при этом в более глубокие слои вода не проникает. Исходя из полученных данных, при низких и высоких значениях рН указанные процессы ускоряются. Данный факт необходимо

При оценке влияния 26 органических растворителей на изделия, распечатанные из различных фотополимерных смол, были получены следующие результаты.

У изделий из eSUN Flex через 2 часа в хлороформе, тетрахлорметане, гекса-не, диметилформамиде, толуоле, ацетоне, ацетонитриле, бутилацетате, амилацетате, диэтиловом эфире, диоксане-1,4, растворителе 647, уксусной и муравьиных кислотах наблюдали набухание различной степени (наиболее интенсивно в хлороформе, толуоле, ацетоне и ацетони-триле). В иных растворителях наблюдали появление мелких трещин поверхности и углов. Через 4 часа происходило набухание также в метаноле и этаноле. В растворителе 647 появились единичные пузырьки в объеме детали. Через 6 часов было зафиксировано помутнение хлороформа, что можно объяснить частичным растворением полимера. Во всех исследованных образцах отмечена тенденция к прогрес-сированию набухания, частичному расслоению изделий, появлению более крупных трещин и росту уже имеющихся.

учитывать при эксплуатации напечатанных изделий, так как появление трещин на поверхности может приводить к значительному снижению механической прочности изделия в целом.

После оценки влияния рН на распечатанные детали в течение 24 часов было рассчитано водопоглощение испытуемых материалов в буферных растворах (таблица 2). Для всех исследованных материалов зависимость степени водопоглоще-ния от рН не выявлена.

Через 24 часа наблюдали помутнение в пробах с уксусной кислотой и диокса-ном-1,4, а также наличие опалесценции в пробе с толуолом, что свидетельствовало о частичном растворении фотополимерной смолы.

В результате анализа полученных данных установлено, что набухаемость при контакте с изученными растворителями eSUN Flex составляла от 2,85% до 144,88% (таблица 3). Наибольшая набуха-емость отмечалась при контакте с муравьиной и уксусной кислотами.

У изделий из фотополимерной смолы Anycubic Dental через 2 часа наблюдали появление трещин углов и поверхности моделей в ацетонитриле, бензине, формальдегиде. В метилэтилкетоне, ацетоне и диоксане-1,4 наблюдали появление локального расслоения поверхности изделия. В хлороформе и 1,2-дихлорэтане происходило интенсивное набухание с частичным расслоением и растворением. В других растворителях видимых изменений отмечено не было. Через 4 часа трещины углов и поверхности появлялись на

Таблица 2. - Водопоглощение фотополимерных материалов в буферных растворах

pH буферного раствора Водопоглощение,%

eSUN Flex Anycubic Dental Anycubic Basic Vc^e^ Standart

3 1,39 0,13 0,66 0,78

4 1,27 0,07 0,73 0,58

5 1,37 0,15 0,66 0,50

6 1,35 0,12 0,68 0,50

7 1,34 0,08 0,82 0,47

8 1,27 0,09 0,63 0,39

9 1,12 0,16 0,62 0,54

10 1,26 0,16 0,55 0,39

11 1,34 0,15 0,64 0,42

12 1,30 0,27 0,60 0,50

Таблица 3. - Набухаемость испытуемых материалов в органических растворителях _через 24 часа_

Растворители Набухаемость, %

eSUN Flex Anycubic Dental Anycubic Basic Voxelab Standart

Метанол 22,97 2,15 3,62 4,43

Этанол 24,27 0,81 1,70 2,42

Изопропанол 11,22 0,54 0,37 1,51

Бутанол-1 27,73 0,63 0,75 1,18

Изобутанол 13,99 0,56 - 0,42

Бутанол-2 24,41 0,83 0,68 1,04

Изоамиловый спирт 23,88 0,59 0,66 0,70

Диэтиловый эфир 20,72 2,80 1,33 2,57

Этилацетат 46,30 4,75 частичное _растворение частичное растворение

Бутилацетат 70,75 2,99 2,07 3,23

Амилацетат 61,55 - 1,17 1,46

Хлороформ 50,58 полное растворение полное _растворение полное растворение

1,2-дихлорэтан 64,96 частичное растворение частичное _растворение частичное растворение

Тетрахлорметан 91,41 4,53 1,77 2,62

Ацетонитрил 29,96 5,02 частичное _растворение частичное растворение

Диметилформамид 46,84 1,51 4,41 частичное растворение

Ацетон 25,69 частичное растворение частичное _растворение частичное растворение

Метилэтилкетон 41,74 частичное растворение частичное _растворение частичное растворение

Формальдегид 5,12 0,92 1,37 0,92

Муравьиная кислота 118,71 6,92 частичное _растворение частичное растворение

Уксусная кислота 144,88 3,83 частичное _растворение частичное растворение

Гексан 3,13 0,16 0,07 -

Толуол 66,12 0,95 2.34 3,06

Диоксан-1,4 96,84 3,76 частичное _растворение частичное растворение

Бензин «Галоша» 2,85 0,07 - 0,01

Растворитель 647 80,32 0,26 2,71 3,68

изделиях, погруженных в метанол, изо-пропанол, растворитель 647 и уксусную кислоту. Через 8 часов в толуоле наблюдали образование коллоидного раствора с опалесценцией.

На протяжении всего периода наблюдений в соответствующих образцах увеличивалось расслаивание с появлением глубоких трещин и частичное растворение объектов. Стоит отметить, что через 24 часа в хлороформе произошло полное разрушение формы трехмерной структуры с частичным растворением фотополимерной смолы и образованием взвеси в

виде набухших гранул полимера.

Через 2 часа в этилацетате наблюдалось набухание изделий из Anycubic Basic. Образцы с изобутанолом, бутано-лом-2, изоамиловым спиртом, гексаном, ацетонитрилом, бензином и формальдегидом имели трещины на поверхности. В хлороформе и 1,2-дихлорэтане наблюдали интенсивное набухание с частичным растворением. Изменения изделия в 1,2-дихлорэтане были более выражены, чем соответствующей модели из Anycu-bic Dental. Метилэтилкетон, ацетон, диок-сан-1,4, уксусная и муравьиная кислоты

способствовали частичному растворению изделий с расслоением по всей длине. Через 4 часа в диметилформамиде, этилаце-тате и ацетонитриле происходило растворение вдоль ребер и углов изделий. При последующих наблюдениях в образцах увеличивалось количество мелких трещин, продолжалось растворение изделий, в том числе с расслоением по всей длине.

Через 24 часа отмечали частичное расслоение с растворением большей части параллелепипеда в этилацетате и образование коллоидного раствора в толуоле, а также образование взвеси с разрушением структуры объекта в хлороформе.

Для изделий из фотополимерной смолы Vc^e^ Standart через 2 часа в изобу-таноле, бутаноле-2, гексане, формальдегиде отмечали появление мелких трещин поверхности, в изоамиловом спирте - глубоких трещин в объеме детали. В бензине «Галоша» также отмечали появление хаотично расположенных трещин в объеме детали. Поведение изделий в хлороформе и 1,2-дихлорэтане было идентично поведению изделий из фотополимерных смол Anycubic Dental и Anycubic Basic, а в ме-тилэтилкетоне - Anycubic Basic. Однако необходимо отметить, что из всех указанных смол параллелепипеды из Voxelab Standart претерпели наибольшее растворение в 1,2-дихлорэтане. В ацетоне, уксусной кислоте и диоксане-1,4 наблюдали появление локальных расслоений поверхности. В муравьиной кислоте установили частичное растворение параллелепипеда с расслоением по всей длине.

Через 4 часа были отмечены трещины на поверхности изделий в диэтиловом эфире, изопропаноле и бутилацетате, их укрупнение в гексане, появление трещин в объеме детали в растворителе 647 и эти-лацетате. Наблюдали растворение вдоль ребер в бутаноле-2, этилацетате и ацето-нитриле, а также начиналось локальное расслаивание в диметилформамиде.

При последующих наблюдениях установлено увеличение количества очагов расслаивания поверхности и частичного растворения изделий. Через 24 часа в толуоле обнаруживалась опалесценция раствора.

При оценке набухаемости тестируемых фотополимерных смол определено, что все значения входили в интервал 0-20% (для Anycubic Dental, Anycubic

Basic и Voxelab Standart), что указывает на значительное отличие свойств полиакри-латных смол от свойств уретан-акрилат-ной eSUN Flex. Тем не менее, при набухании всех фотополимерных материалов была зафиксирована потеря механической прочности и повышенная хрупкость (модели не выдерживают приложение изгибающих сил).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Несмотря на достаточно высокую точность воспроизведения линейных размеров изделий, напечатанных с использованием 3D-принтера Anycubic Photon (относительно цифровой модели), наблюдается отклонение по массе готовых изделий от -4,48% до +2,48% в зависимости от используемой фотополимерной смолы. Потенциально данный факт может оказывать существенное влияние на свойства малоразмерных объектов, печатаемых с высокой точностью (таких, как элементы аналитического оборудования).

2. Полученные из фотополимерных смол изделия можно считать устойчивыми в диапазоне pH = 7-8. По мере увеличения или уменьшения рН относительно указанного диапазона на поверхности изученных изделий появлялись признаки частичного разрушения поверхностного слоя полимера различной степени выраженности.

3. Для большинства изученных фотополимерных смол характерно набухание в органических растворителях не более 20% либо частичное растворение. Исключением является eSUN Flex, не растворявшаяся ни в одном из изученных растворителей, но набухавшая до 144,88%. Данное явление можно объяснить большой устойчивостью уретан-акрилатных смол (к ним относится eSUN Flex) к действию органических растворителей, чем полиа-крилатных.

4. При контакте с органическими растворителями зафиксировано изменение поверхностных структур, интенсивное набухание полимера, изменение геометрии объектов, образование коллоидных растворов, а также утрата механических свойств, что свидетельствует о невозможности использования изделий из изученных фотополимерных смол в условиях постоянного или временного контакта с

широко используемыми в лабораторной практике органическими растворителями.

SUMMARY

A. Ya. Efremova, M. L. Pivavar, M. N. Sabodina CHANGE IN OPERATING PROPERTIES OF PHOTOPOLYMER MATERIALS

FOR 3D-PRINTING UNDER THE INFLUENCE OF CHEMICAL FACTORS

The article is devoted to the study of photopolymer resins properties used for 3D-printing. The research method was process modelling of the items contact printed on a photopolymer 3D-printer from photopolymer resins of 4 brands using buffer solutions with pH 3-12 and 26 solvents of different classes of organic compounds. The changes in appearance and properties of the materials studied when exposed to various organic solvents and buffer solutions are described. Deviation in the mass of finished items depending on the selected photopolymer resin is determined. Mechanical strength reduction of surface layers at pH values different from neutral in buffer solutions was observed. Change in surface structures, intensive polymer swelling, change in objects geometry, formation of colloidal solutions and in some cases delamination and incomplete dissolution of items resulting in loss of mechanical strength, and absence of model stability to the application of bending forces were recorded in contact with organic solvents. The study revealed loss of functional and operational properties of photopolymer materials not documented by the manufacturer.

Keywords: additive technologies, ste-reolithography, photopolymer resins, polymerization, analytical equipment, buffer solutions, organic solvents.

ЛИТЕРАТУРА

1. Беседина, К. С. Применение аддитивных технологий при получении изделий из полимерных материалов (обзор) / К. С. Беседина, Н. А. Лавров, В. В. Барсков // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). - 2018. - № 44. - С. 56-63.

2. Антонова, В. С. Аддитивные технологии: учебное пособие / В. С. Антонова, И. И. Осовская. - Санкт-Петербург : ВШТЭ СПбГУПТД, 2017. - 30 с.

3. Лущекина, Е.В. Обновление приборного парка научных организаций России: проблемы и решения / Е. В. Лущекина // Научное приборостроение. - 2022. - Т. 32, № 3. -С. 41-58.

4. Использование технологий 3D-печати на кафедре токсикологической и аналитической химии / М. Л. Пивовар [и др.] // Достижения фундаментальной, клинической медицины и фармации: материалы 77-ой научной сессии ВГМУ. - 2022. - С. 239-241.

5. Малаев, И. А. Аддитивные технологии: применение в медицине и фармации / И. А. Малаев, М. Л. Пивовар // Вестник фармации. -2019. -Т.84, № 2. - С. 98-107.

6. Шкуро, А. Е. Технологии и материалы 3D-печати [Электронный ресурс]: учеб. пособие / А. Е. Шкуро, П. С. Кри-воногов. - Екатеринбург: Урал. гос. лесо-техн. ун-т, 2017. - 1 электрон. опт. диск (CDROM). Режим доступа: http://elar.usfeu. ru/bitstream/123456789/6617/1/Shkuro.pdf. -Дата доступа: 10.12.2022.

7. Бабкин, О. Э. 3D макетирование: технологии, оборудование, материалы / О. Э. Бабкин. - СПб : Издательство СПбГУКиТ, 2013. - 97 с.

8. Ходер, В. Б. Наполненные фотополимерные композиции для 3D-печати методом стереолитографии (обзор) / В. Б. Ходер, Е. И. Кордикова, Г. Н. Дьякова // Труды БГТУ: Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. - 2022. - № 1 (253). - С. 27-32.

REFERENCES

1. Besedina KS, Lavrov NA, Barskov VV. Application of additive technologies in production of articles from polymeric materials (review). Izv S-Peterb gos tekhnolog in-ta (tekh-nich un-ta). 2018;(44):56-63. doi: 10.15217/ issn1998984-9.2018.44.56. (In Russ.)

2. Antonova VS, Osovskaya II. Additive technologies: ucheb posobie. Sankt-Peterburg, RF: S-Peterb gos un-t prom tekhnologii i dizaina; 2017. 30 s. (In Russ.)

3. Lushchekina EV. Updating the Instrumentation Park of Russian Scientific Organizations: Problems and Solutions. Nauch priborostroenie. 2022;32(3):41-58. (In Russ.)

4. Pivovar ML, Sabodina MN, Efremova AIa, Bogatenok EA. The use of 3D printing technologies at the Department of Toxico-logical and Analytical Chemistry [Elektronnyi resurs]. V: Shchastnyi AT, redactor. Dostizhe-niia fundamental'noi, klinicheskoi meditsiny i farmatsii [CD-ROM]. Materialy 77-oi nauch ses VGMU; Vitebsk; 2022 Ianv 26-27. Vitebsk, RB: Vitebskii gos med un-t; 2022. s. 239-41. (In Russ.)

5. Malaev IA, Pivovar ML. Additive tech-

nologies: application in medicine and pharmacy. Vest farmatsii. 2019;(2):98-107. (In Russ.)

6. Shkuro AE, Krivonogov PS. 3D printing technologies and materials [Elektronnyi resurs]: ucheb posobie. Ekaterinburg, RF: Ural gos les-otekhnich un-t; 2017. Rezhim dostupa: http:// elar.usfeu.ru/bitstream/123456789/6617/1/ Shkuro.pdf. Data dostupa: 10.12.2022. (In Russ.)

7. Babkin OE. 3D prototyping: technologies, equipment, materials. Sankt-Peterburg, RF: S-Peterb gos in-t kino i televideniia; 2013. 97 s. (In Russ.)

8. Khoder VB, Kordikova EI, D'iakova GN. Filled photopolymer compositions for 3D printing by stereolitography method (over-

view). Tr Belorus gos tekhnolog un-ta. Ser 2, Khim tekhnologii, biotekhnologii, geoekolo-giia. 2022;(1):27-32. doi: 10.52065/2520-26692022-253-1-27-32. (In Russ.)

Адрес для корреспонденции:

210009, Республика Беларусь, г. Витебск, пр. Фрунзе, 27, УО «Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет», кафедра токсикологической и аналитической химии, e-mail: [email protected], Ефремова А. Я.

Поступила 23.12.2022 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.