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Niedrigviskoses Polyurethanacrylat für 3D-Druck
Ein chinesisches Forschungsteam hat durch eine zweistufige chemische Modifikation Polyurethanacrylat (PUA) mit deutlich reduzierter Viskosität synthetisiert. Durch gezielte Schwächung der Wasserstoffbrückenbindungen mittels Hydroxymethylierung und Acetylierung konnte die Viskosität um bis zu 51,55 % gesenkt werden – bei gleichzeitig verbesserter Biegefestigkeit nach UV-Härtung.
Polyurethanacrylat (PUA) zählt zu den vielseitigen Bindemitteln für UV-härtende Systeme. In der praktischen Anwendung stellt jedoch die vergleichsweise hohe Viskosität eine Herausforderung dar – insbesondere bei der weiteren Erschliessung von Anwendungsfeldern wie 3D-Druck und elektronische Verkapselungsmaterialien. Ursache dieses Phänomens sind vor allem die starken Wasserstoffbrückenwechselwirkungen zwischen den PUA-Molekülketten. Zur Lösung dieses Problems verfolgte das Forschungsteam einen molekularen Designansatz und synthetisierte niedrigviskose PUA-Derivate über eine zweistufige chemische Modifikation.
Im ersten Schritt reagierte PUA mit Paraformaldehyd zu hydroxymethyliertem Polyurethanacrylat (D-PUA). Anschliessend wurde D-PUA in einer Acylierungsreaktion mit Essigsäureanhydrid zu acetyliertem Polyurethanacrylat (Y-D-PUA) umgesetzt. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass sich die Viskosität von D-PUA im Vergleich zum unmodifizierten PUA um bis zu 48,45 % senken lässt, während Y-D-PUA eine Viskositätsreduktion von bis zu 51,55 % erreicht.
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Verbesserte Biegefestigkeit nach UV-Härtung
Neben der reduzierten Viskosität überzeugten die modifizierten Harze auch durch ihr Aushärteverhalten: Nach Zugabe von 2 % Photoinitiator 1173 und UV-Härtung zeigten die Filme aus D-PUA und Y-D-PUA eine höhere Doppelbindungsumsetzung von über 97 %. Die Biegefestigkeit der Filme wurde gegenüber unmodifiziertem PUA deutlich verbessert, während andere Eigenschaften weitgehend unverändert blieben.
Die zweistufige Modifikationsstrategie aus Hydroxymethylierung und anschliessender Acetylierung stellt damit einen wirksamen Weg dar, die Viskosität des PUA-Systems zu reduzieren, ohne dessen mechanische Eigenschaften zu beeinträchtigen. Für Formulierer eröffnet dies eine tragfähige materialtechnische Basis, um PUA-Systeme in anspruchsvollen Anwendungsfeldern wie dem 3D-Druck und der elektronischen Verkapselung breiter einzusetzen.
Quelle: Chen, Z. et al. Low-viscosity polyurethane acrylate based on hydrogen bond dissociation and its effect on the mechanical properties of materials. Prog. Org. Coat. (2026). https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2026.110188
