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Niedrigviskoses PUA für 3D-Druck durch Modifikation

Ein chinesisches Forschungsteam hat durch eine zweistufige chemische Modifikation Polyurethanacrylat (PUA) mit deutlich reduzierter Viskosität entwickelt. Die gezielte Schwächung der Wasserstoffbrückenbindungen mittels Hydroxymethylierung und Acetylierung senkt die Viskosität um bis zu 51,55 % – bei gleichzeitig verbesserter Biegefestigkeit der UV-gehärteten Filme.

Polyurethane
Die zweistufige Modifikation schwächt Wasserstoffbrückenbindungen im Polyurethanacrylat und eröffnet neue Anwendungsfelder im 3D-Druck und in der Elektronikverkapselung. Source: Andrii Kyselov - stock.adobe.com

Polyurethanacrylat (PUA) zählt zu den vielseitig einsetzbaren Bindemitteln für UV-härtende Systeme. In der praktischen Anwendung stellt die vergleichsweise hohe Viskosität jedoch eine Herausforderung dar – insbesondere im Hinblick auf die weitere Erschliessung von Anwendungsfeldern wie 3D-Druck und elektronische Verkapselungsmaterialien. Ursache dieses Phänomens sind vor allem die starken Wasserstoffbrückenwechselwirkungen zwischen den PUA-Molekülketten. Zur Lösung dieser Problematik verfolgte das Forschungsteam einen molekularen Designansatz und synthetisierte niedrigviskose PUA-Derivate über eine zweistufige chemische Modifikation.

Im ersten Schritt wurde PUA mit Paraformaldehyd zu hydroxymethyliertem Polyurethanacrylat (D-PUA) umgesetzt. Anschliessend erfolgte eine Acylierungsreaktion von D-PUA mit Essigsäureanhydrid zu acetyliertem Polyurethanacrylat (Y-D-PUA). Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass sich die Viskosität von D-PUA gegenüber unmodifiziertem PUA um bis zu 48,45 % reduzieren 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 hohe 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 Elektronikverkapselung 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