Bu, 3D yazdırılabilir polimerlerin kimyasal direnci üzerine yapılan bir çalışmaya yönelik bir literatür taramasıdır. Bu literatür incelemesi başlangıçta 3D baskılı polimerlere "saldırabilen" sıvı kimyasalları hedef almaktadır. Gelecekte gaz ve plazma saldırısı incelenebilir ancak şimdilik bu ayrıntılı incelemenin kapsamı dışındadır.
İçindekiler
- 1 giriiş
- 2 Kaynaklar
- 2.1 Dergi Makaleleri
- 2.1.1 Kimyasal sentez ve analiz için entegre 3D baskılı reaksiyon yazılımı
- 2.1.2 Yapılandırılabilir 3D-Baskılı miliakışkan ve mikroakışkan 'çip üzerinde laboratuvar' reaksiyon yazılımı cihazları
- 2.1.3 Özel bir 3D baskılı cihazda gerçekleştirilen reaksiyonların sürekli paralel ESI-MS analizi
- 2.1.4 Kimyasal sentez ve saflaştırmaya yönelik kullanıcı dostu reaksiyon gereçleri üretmek için 3D baskı ile sıvı işlemeyi birleştiriyor
- 2.1.5 3D Baskının Değerlendirilmesi ve Biyoteknoloji ve Kimya Bilimlerine Potansiyel Etkisi
- 2.1.6 Keşif, Optimizasyon ve Ölçek Büyütme için 3D Baskılı Yüksek Verimli Hidrotermal Reaksiyon Yazılımı
- 2.1.7 Entegre çok yönlü ve yeniden kullanılabilir elektrotlara sahip 3D baskılı mikroakışkan cihazlar
- 2.1.8 Kimyasal sentez için çok yönlü reaksiyon malzemelerinin 3 boyutlu baskısı
- 2.2 Kimyasal direnç çizelgeleri
- 2.3 Kitabın
- 2.1 Dergi Makaleleri
- 3 3D baskı malzemeleri ve kimyasal özellikleri
- 3.1 ABS (Akrilonitril bütadien stiren)
- 3.2 ASA (Akrilonitril stiren akrilat)
- 3.3 Ko-polyesterler
- 3.4 FEP (Florlu etilen propilen)
- 3.5 Naylon
- 3.6 PC (Polikarbonat)
- 3.7 PEI (Polieterimit)
- 3.8 PETG (Glikol ile modifiye edilmiş polietilen tereftalat)
- 3.9 PETT (Polietilen koTrimetilen Tereftalat)
- 3.10 PLA (Polilaktik asit)
- 3.11 PP (Polipropilen)
- 4 Aramalar
giriiş
Hedefimiz, hangi FFF (kaynaşmış filament üretimi) 3D baskı filamentlerinin, yarı iletken işleme ve diğer temiz oda süreçlerinde kullandığımız sert kimyasallara tolerans gösterdiğini bulmaktır. FFF, çok yönlülüğü, maliyet etkinliği ve göreceli kolaylığı nedeniyle tercih edilen 3D baskı yöntemi olarak seçildi. 3D baskı filamentleri, katkı maddeleri (plastikleştiriciler ve renklendiriciler) kullanılarak plastikten yapılır ve satıcılar bunlar hakkında nadiren veya hiçbir zaman müşteriye bilgi vermez. Bu nedenle, belirli bir polimerin örneğin HCl'yi tolere etmesi durumunda, aynı polimerden yapılmış 3D baskılı nesnelerin özel laboratuvar malzemeleri yapmak için kullanılabileceği garanti edilmez. Dahası, baskının (termoplastik ekstrüzyon) kendisinin malzemelerin kimyasal özelliklerini değiştirip değiştirmediğini bilmiyoruz.
Polipropilen (PP), birçok kimyasal maddeyi tolere edebilen, 3 boyutlu yazdırılabilir bir polimerdir ve aşağıda listelenen makalelerin yazarları, bundan reaksiyon kapları ve mikroakışkan uygulamaları yapmışlardır. Peki PP ile sınırlı mıyız? Bunun için yine aşağıda bulunan kimyasal uyumluluk tablolarında ipuçları aramamız gerekiyor.
3D baskı filamentleri ve 3D baskılı nesneler üzerinde deneyler yapıp bunları farklı kimyasallarda test edip şişip şişmediklerini gözlemleyeceğiz.
Kaynaklar
Dergi Makaleleri
Kimyasal sentez ve analiz için entegre 3D baskılı reaksiyon yazılımı
Mark D. Symes, Philip J. Kitson, Jun Yan, Craig J. Richmond, Geoffrey JT Cooper, Richard W. Bowman, Turlif Vilbrandt & Leroy Cronin, Nature Chemistry 4, 349–354 (2012), doi:10.1038/nchem. 1313
- İnorganik ve organik sentez için reaksiyon gereçleri
- Reactionware: istenen sonucu elde etmek için reaksiyon kabını reaktifler, katalizörler veya şekil kontrolü ile birleştirir
- Basılı: katalizörler ve yerinde karakterizasyon
- Geometriyi değiştirmek reaksiyonun sonucunu değiştirir
- Asetoksisilikon polimerin (Loctite 5366) robot dökümü: ısı gerektirmez, malzeme hızla sertleşir.
- Örneğin iletken karbon siyahının karıştırılmasıyla değiştirilen malzemenin özellikleri
- Yeniden kullanılabilen reaksiyon malzemesi, parçalanmış reaktör, kesildikten sonra aynı malzemeyle tekrar yapıştırılarak kapatılabilir
Yapılandırılabilir 3D-Baskılı miliakışkan ve mikroakışkan 'çip üzerinde laboratuvar' reaksiyon yazılımı cihazları
Philip J. Kitson, Mali H. Rosnes, Victor Sans, Vincenza Dragone ve Leroy Cronin, Lab Chip, 2012, 12, 3267–3271. DOI: 10.1039/c2lc40761b
- PP (FFF, 3DTouch yazıcı) kullanılarak yapılan miliakışkan cihazlar
- PP'nin özellikleri: sağlam, esnek, kimyasal olarak inert, düşük maliyetli
- Üç farklı miliakışkan cihaz yapıldı ve gösterildi
- Katı malzeme kapları baskı sırasında dolduruldu ve baskıya devam edildi, bu da kapları mühürledi
- Geleneksel yöntemlere göre zaman ve maliyet açısından etkin olan yöntem, tek cihazın yapımı yalnızca saatler sürer
- Gelecekteki ilgi: solvent uyumluluğu
Özel bir 3D baskılı cihazda gerçekleştirilen reaksiyonların sürekli paralel ESI-MS analizi
Jennifer S. Mathieson, Mali H. Rosnes, Victor Sans, Philip J. Kitson ve Leroy Cronin, Beilstein J. Nanotechnol. 2013, 4, 285–291. doi:10.3762/bjnano.4.31
- Kütle spektrometresine bağlı 3D baskılı özel cihaz
- Termoplastik PP basmak için kullanılan 3DTouch yazıcı
- PP: düşük maliyetli, sağlam, esnek, kimyasal olarak inert
- PEEK'ten (PP'den daha sert) yapılmış vida bağlantı parçaları daha sıkı bir sızdırmazlık sağlar
Kimyasal sentez ve saflaştırmaya yönelik kullanıcı dostu reaksiyon gereçleri üretmek için 3D baskı ile sıvı işlemeyi birleştiriyor
Philip J. Kitson, Mark D. Symes, Vincenza Dragone ve Leroy Cronin, Chem. Sci., 2013, 4, 3099-3103. DOI: 10.1039/C3SC51253C
- Çok adımlı bir reaksiyon için reaksiyon yazılımı yapıldı; cihazı döndürerek ve yerçekiminin işi yapmasına izin vererek adım kontrolü -> pompalara olan ihtiyaç ortadan kalktı
- Daha önceki makalelerdeki yaklaşımlar birleştirildi: kap PP'den basıldı, kabı işlevselleştirmek için sıvı taşıma robotu kullanıldı
- PP: erime noktası yakl. 160°C, maksimum çalışma sıcaklığı 150°C
- PP hekzan ve dietil eter buharlarına karşı geçirimsizdir, basınç oluşumunun azaltılması gerekebilir
3D Baskının Değerlendirilmesi ve Biyoteknoloji ve Kimya Bilimlerine Potansiyel Etkisi
Bethany C. Gross, Jayda L. Erkal, Sarah Y. Lockwood, Chengpeng Chen ve Dana M. Spence, Anal. Chem., 2014, 86 (7), s. 3240–3253, DOI: 10.1021/ac403397r
- Yaygın FDM/FFF malzemeleri: PC, ABS, PS, naylon, metaller/seramikler
- Birçok polimerik malzeme küçük organik molekülleri emer, ayrıca organik veya sulu çözücüleri de emebilir. Bu, dökme malzemenin şişmesine neden olabilir
Keşif, Optimizasyon ve Ölçek Büyütme için 3D Baskılı Yüksek Verimli Hidrotermal Reaksiyon Yazılımı
Philip J. Kitson, Ross J. Marshall, Deliang Long, Ross S. Forgan ve Leroy Cronin, Angew. Kimya Uluslararası Ed. 2014, 53, 12723 –12728 . DOI: 10.1002/anie.201402654
- Hidrotermal sentez için PP'den yalıtılmış monolitik reaksiyon kapları. Bir ısıtma adımı sırasında birden fazla deneye izin veren dizi reaktörü.
- Ticari alternatiflere kıyasla 3D baskılı kaplarla önemli ölçüde tasarruf sağlandı
- Diğer bir avantaj: hızlı prototip oluşturma ve ucuza uyarlama kolaylığı
- PP'nin FDM/FFF'si
- PP 150°C'de yumuşamaya başlar, bazı reaktörler ısınma sırasında basınç artışı nedeniyle patlar. Reaktörler sulu/DMF çözeltileri için 140°C'de 72 saat boyunca güvenliydi.
Entegre çok yönlü ve yeniden kullanılabilir elektrotlara sahip 3D baskılı mikroakışkan cihazlar
Jayda L. Erkal, Asmira Selimovic, Bethany C. Gross, Sarah Y. Lockwood, Eric L. Walton, Stephen McNamara, R. Scott Martin ve Dana M. Spence, Lab Chip, 2014, 14, 2023-2032. DOI: 10.1039/C4LC00171K
- Elektrokimyasal tespitte kullanılan 3D baskılı cihazlar. Objet Connex 350, malzeme VeroClear (akrilat bazlı polimer) kullanılarak basılmıştır.
- Örneğin nörotransmiterlerin, NO'nun saptanması gibi uygulamalar için bu cihazlara birçok elektrot malzemesi entegre edilmiştir.
- CAD'ler ve 3D baskı: ticari ekipmanlara takılan özel parçalar, hızlı sorun giderme, tasarımları başkalarıyla paylaşma kolaylığı.
Kimyasal sentez için çok yönlü reaksiyon malzemelerinin 3 boyutlu baskısı
Philip J. Kitson, Stefan Glatzel, Wei Chen, Chang-Gen Lin, Yu-Fei Song ve Leroy Cronin, Nat. Protokoller, 2016, 11(5), 920-936
- 3D baskılı reaksiyon yazılımı oluşturma adımlarını açıklar
- 3D baskının büyümesine yön veren açık kaynaklı tip geliştirme
- Kimyada 3D baskının avantajları: reaktörlerin topolojisi, geometrisi ve bileşimi hassas bir şekilde kontrol edilir
- 3DP malzemelerinin çok yönlülüğü bir avantajdır ancak tüm uygulamalarının tek bir belgede açıklanması imkansızdır.
- Ekstrüzyon bazlı yöntemler (FFF/FDM) popüler ve ekonomik, PLA ve ABS en yaygın malzemeler
- FDM akışkan reaktörlerin yapımında uygulandı, ancak araştırma çoğunlukla 3D yazdırılabilir malzemelere, son işlemlere, pillere ve LED'lere odaklandı
- Sınırlamalar: SL'de kullanılan epoksi ve akrilat bazlı malzemeler, organik solventlere veya aşırı pH'lara dayanıklı değildir. PLA ve ABS için de benzer sorunlar.
- Naylon ve PP'nin FFF/FDM'si kimyasal uygulamalar için daha umut verici
- Perflorlu polimerlerin basılması zordur (küçük sıcaklık penceresi) ve toksiktir.
- Biyolojik laboratuvar gereçlerine uygun geleneksel FFF/FDM malzemeleri (su çözeltileri, hafif pH)
- Bir malzeme seçimi: arzu edilen kimyaya göre etkisiz. Yazarın seçimi: PP. Yazdırması kolay, iyi çözünürlük ve kimyasal olarak inert.
- PP, çok güçlü oksitleyicilerin ve ayrıca ısıtılmış çözücülerin (toluen) saldırısına uğrar
- Farklı PP dereceleri, farklı yazdırma ayarları gerektirir (farklı erime profilleri ve akış)
Kimyasal direnç çizelgeleri
- Rosemount analitik büyük grafiği, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak direnç
- Bordür Plastikleri
- Thermo Scientific Nalgene Ürünleri , Cornell Üniversitesi Sevier laboratuvarı
- Ensinger Plastik
- Sirmax
Kitabın
- Schreirs, J. Modern floropolimerler. Scheirs, J., Ed (1997): 32.
- Moiseev, Yu V. ve Gennadiĭ Efremovich Zaikov. Agresif ortamlarda polimerlerin kimyasal direnci . Springer Bilim ve İşletme Medyası, 1987.
- Seymour RB, Carraher CE (1984) Polimerlerin Kimyasal Direnci . İçinde: Polimerlerde Yapı-Özellik İlişkileri. Springer, Boston, MA.
3D baskı malzemeleri ve kimyasal özellikleri
ABS (Akrilonitril bütadien stiren)
En çok kullanılan 3D baskı filamentlerinden biridir. Çeşitli satıcılar ve birden fazla renkte mevcuttur. Suya ve diğer kimyasallara karşı PLA'ya göre potansiyel olarak daha dayanıklıdır.
Curbell plastiklerine göre aşağıdaki kimyasallara dayanıklıdır:
- Asetik asit %5
- Asetik asit %10
- Amonyak çözeltisi %10
- Etanol %96
- HC1 %2
- HCl %36
- H2O2 %30
- H3PO4 %10
- H3PO4 konsantresi
- H2SO4 %2
- H2O soğuk
- H2O sıcak
Aşağıdakilere karşı sınırlı direnç:
- HF %40
- IPA
Aşağıdakilere karşı dayanıklı değildir:
- Asetik asit konsantresi
- Aseton
- HNO3 %2 (NOT: Ensinger tablosu Tecaran ABS'nin buna dayanıklı olduğunu belirtmektedir)
- H2SO4 %98
ASA (Akrilonitril stiren akrilat)
Akrilonitril stiren akrilat , yapısal olarak ABS'ye benzer ancak geliştirilmiş UV direnci ve mekanik özelliklere sahiptir. Hafif higroskopik.
Ko-polyesterler
Ticari 3D baskı filamentleri: Inova Co-Polyester, ColorFabb nGen. Kimyasal özelliklerden bahsedilmiyor ve kimyasallara dayanıklı bir malzeme olarak reklamı yapılmıyor.
FEP (Florlu etilen propilen)
Floropolimerlerin tatlı noktasında olmalıdır. Yazdırılabilecek kadar düşük erime noktası vardır ancak kimyasal olarak çok dayanıklıdır. Bazı verilere göre temiz odalarda kullanılan hemen hemen tüm oda sıcaklığındaki sıvı kimyasallara dayanıklı olmalıdır.
Naylon
Taulman Alloy 910 görünüşe göre Naylon bazlıdır . Kimyasallara dayanıklı olduğu söyleniyor ancak çok fazla su emdiği tahmin ediliyor.
Curbell plastiklerine göre Naylon 6 aşağıdaki kimyasallara karşı dayanıklıdır:
- Asetik asit %5
- Amonyak çözeltisi %10
- Etanol %96
- IPA
- H2O soğuk
Aşağıdakilere karşı sınırlı direnç:
- Aseton
- H2O sıcak
Aşağıdakilere karşı dayanıklı değildir:
- Asetik asit konsantresi
- Asetik asit %10
- HC1 %2
- HCl %36
- HF %40
- H2O2 %30
- HNO3 %2
- H3PO4 %10
- H3PO4 konsantresi
- H2SO4 %2
- H2SO4 %98
PC (Polikarbonat)
Curbell plastiklerine göre aşağıdaki kimyasallara dayanıklıdır:
- Asetik asit %5
- Asetik asit %10
- HC1 %2
- HCl %36
- HNO3 %2
- H3PO4 %10
- H3PO4 konsantresi
- H2SO4 %2
- H2O soğuk
- H2O2 %30 ( Ensinger tablosuna göre )
Aşağıdakilere karşı sınırlı direnç:
- Etanol %96
- HF %40
- IPA
- H2O sıcak
Aşağıdakilere karşı dayanıklı değildir:
- Asetik asit konsantresi
- Aseton
- Amonyak çözeltisi %10
- H2SO4 %98
PEI (Polieterimit)
Ultem®, bir PEI ürünleri ailesinin ticari adıdır.
Curbell plastikleri ve Ensinger'e göre Ultem® aşağıdaki kimyasallara karşı dayanıklıdır:
- Asetik asit %5
- Asetik asit %10
- Etanol %96
- HC1 %2
- HCl %36
- IPA
- HNO3 %2
- H3PO4 %10
- H2SO4 %2
- H2O soğuk
Aşağıdakilere karşı sınırlı direnç:
- H2O2 %30
Aşağıdakilere karşı dayanıklı değildir:
- Asetik asit konsantresi
- Aseton
- Amonyak çözeltisi %10
- HF %40
- H2SO4 %98
Diğer:
- H2O sıcak için çizelgelerde çelişkili bilgiler
- H3PO4 konsantresi için veri mevcut değil
PETG (Glikol ile modifiye edilmiş polietilen tereftalat)
PET, plastik şişelerde ve gıda ambalajlarında kullanılırken, 3D baskıda PETG (glikol ile modifiye edilmiş polietilen tereftalat) kullanılıyor. Cam geçiş sıcaklığı 88°C, PET'ten daha az kırılgandır.
PETT (Polietilen koTrimetilen Tereftalat)
PET'in başka bir çeşidi şeffaftır. Taulman T-glase PETT'den yapılmıştır .
PLA (Polilaktik asit)
En çok kullanılan 3D baskı filamentlerinden biridir. Çeşitli satıcılar ve birden fazla renkte mevcuttur. Biyolojik olarak parçalanabilir, potansiyel olarak kimyasallara karşı çok dayanıklı değildir.
PP (Polipropilen)
Çeşitli laboratuvar kimyasallarına dayanıklıdır. Asit ve bazlara karşı oldukça dayanıklıdır. Temiz odalarda yaygın olarak kullanılır. Sadece bir hidrokarbon olduğu için peroksitler gibi oksidasyona karşı hassastır. Kitson ve diğerleri tarafından çeşitli kimyasal uygulamalarda gösterilen 3D baskılı polipropilen.
Curbell plastiklerine göre aşağıdaki kimyasallara dayanıklıdır:
- Asetik asit %5
- Asetik asit %10
- Asetik asit konsantresi
- Aseton
- Amonyak çözeltisi %10
- Etanol %96
- HC1 %2
- HCl %36
- HF %40
- H2O2 %30
- IPA
- HNO3 %2
- H3PO4 %10 ( Ensinger tablosuna göre
- H3PO4 konsantresi
- H2SO4 %2
- H2SO4 %98
- H2O soğuk
- H2O sıcak
Aşağıdakilere karşı sınırlı direnç:
Aşağıdakilere karşı dayanıklı değildir:
Aramalar
Google:
- 3D baskı malzemelerinin kimyasal direnci
- 3D baskı filamanının kimyasal direnci
- Polimerlerin kimyasal direnci
- Kimyasallara dayanıklı 3D baskı malzemesi
- Kimyasallara dayanıklı 3D baskı filamenti
Akademisyen:
- 3D baskı malzemelerinin kimyasal direnci
- Erimiş filaman imalat malzemelerinin direnci
- Polimerlerin kimyasal direnci
