I det här utvecklas en reproducerbar polymerisationsmetod för att uppnå en stabil produktion av poly(ε-caprolakton-co-p-dioxanon) (PCLDX), skala upp filamenttillverkningen för att producera 1.75 mm långa filament och optimera 3D-utskriftsprocessen för att tillverka ställningar/anordningar för mjukvävnadsteknik. PCLDX, med högre nedbrytningshastighet och bättre flexibilitet jämfört med poly(ε-caprolactone) (PCL), syntetiserades på ett reproducerbart sätt genom sampolymerisering. Den syntetiserade PCLDX uppvisade önskvärd sammansättning (85 mol% CL : 15 mol% DX), molmassa (cirka 40 kg∙mol-1), dispersitet (cirka 1.8) och relativt låg smältpunkt (cirka 45 ℃). För att tillverka tredimensionella matriser av PCLDX utformades och optimerades två processer, filamenttillverkning och 3D printning. För filamenttillverkningsprocessen användes låg extruderingstemperatur (65 och 80 ℃) och låg extruderingshastighet (100 cm∙min-1) för att spara energi och minimera nedbrytningen. PCLDX-filament med en jämn diameter på 1.75 mm tillverkades genom att använda en passande partikelstorlek (diameter på 3-4 mm) och en kylmetod (blandning av vatten och torris, 0 ℃). De erhållna filamenten uppvisade lägre Youngs modul (25 % lägre än PCL), PCLDX batch oberoende termiska egenskaper, god ytkvalitet och printbarhet. Den termiska nedbrytningen av PCLDX under processen var försumbar och molmassan var nästintill oförändrad. Processen har skalats upp för att producera stora mängder PCLDX-filament, vars produktivitet nådde upp till 140 g∙h-1. Tredimensionella matriser tillverkades genom att printa önskad design genom manuell matning och låg printhastighet (5 mm/s). En isplatta användes för att kyla ner maskinen under printningen för att undvika bucklingproblem. Det optimerade printprotokollet genererade ingen termisk nedbrytning av polymeren, påverkade inte polymerens molmassa eller dispersitet. De producerade matriserna hade samma termiska egenskaper oavsett polymerbatch och god ytkvalitet. Det optimerade printprotokollet användes också framgångsrikt för att skriva ut komplicerade prototyper, t.ex. menisk och knäprotes för potentiella biomedicinska tillämpningar. / In this project, we develop a reproducible polymerization method to achieve stable production of poly(ε-caprolactone-co-p-dioxanone) (PCLDX), scale-up the filament fabrication to produce 1.75 mm filaments and optimize 3D printing process to manufacture scaffolds/devices for soft tissue engineering. PCLDX, with a higher degradation rate and better pliability compared to poly(ε-caprolactone) (PCL), was successfully synthesized by reproducible copolymerization of ε-caprolactone (CL) and p-dioxanone (DX). The synthesized PCLDX exhibited a polymer composition of 85 mol% CL : 15 mol% DX, molar mass around 40 kg∙mol-1, dispersity around 1.8, and relatively low melting point around 45 ℃. From PCLDX particles to final scaffolds, two processes, including filament fabrication and scaffold manufacturing, were designed and optimized. For the filament fabrication process, low extrusion temperature (65 and 80 ℃) and low extrusion speed (100 cm∙min-1) were applied to save energy and minimize degradation. PCLDX filaments with an even diameter of 1.75 mm were fabricated using suitable particle sizes (diameter of 3-4 mm) and a cooling method (mixture of water and dry ice, 0℃). The obtained filaments exhibited lower young’s modulus (25% lower than PCL), consistent thermal properties, good surface quality, and printability. The thermal degradation of PCLDX during the process was negligible, and the molar mass was kept almost unchanged. The process has been scaled up to produce high amounts of PCLDX filaments, whose productivity rate reached up to 140 g∙h-1. For the scaffold manufacturing process, porous scaffolds were manufactured by feeding manually and printing slowly (5 mm/s). The printability was assessed and validated using produced PCL/PCLDX filaments and commercial PCL filaments. The optimized printing protocol maintained the molar mass and dispersity of the material. The produced scaffolds possessed consistent thermal properties independent on polymer batches and good surface quality. The optimized printing protocol was also successfully applied to print complicated prototypes, such as meniscus and knee prosthesis for potential biomedical applications.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-315283 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Chen, Danjing |
| Publisher | KTH, Fiber- och polymerteknologi |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-CBH-GRU ; 2022:228 |
Page generated in 0.003 seconds