DLP-3D printable cellulose-based hydrogels

Gli idrogeli sono materiali polimerici in grado di contenere una grande quantità di acqua. Sono caratterizzati da proprietà di forte attrattiva e facilmente regolabili - come lo swelling, la biocompatibilità, la sensibilità a stimoli specifici-, che rendono questi materiali eccellenti candidati per un'ampia varietà di applicazioni. La stampa tridimensionale (3D) rappresenta una promettente tecnica di fabbricazione per realizzare varie strutture, anche complesse, di idrogeli. La stampa 3D ha trovato applicazione in molti campi, grazie alla libertà di progettazione, al rapid prototyping, alla minimizzazione degli scarti e alla possibilità di creare componenti complessi. Essa comprende diverse tecnologie, che differiscono nella selezione del materiale, nella velocità di fabbricazione, nella precisione di stampa, nel prezzo e così via. Questo lavoro di tesi è stato incentrato sulla stampa 3D di idrogeli a base di cellulosa attraverso la tecnologia DLP (Digital Light Processing), che si basa sulla fotopolimerizzazione. In particolare, l’obiettivo era la stampa di carbossimetilcellulosa metacrilata (M-CMC) caricata con nanocristalli di cellulosa (CNC), in modo da studiare l'effetto dei nano-fillers sulle proprietà meccaniche del materiale stampato in 3D. In primo luogo, la metacrilazione della carbossimetilcellulosa (CMC) ha introdotto funzionalità fotoattive nel materiale, ed è stata confermata attraverso un'analisi spettroscopica H-NMR. Un reometro, equipaggiato con una lampada UV, è stato impiegato per analizzare la viscosità e la reattività alla radiazione UV di due tipologie di formulazioni acquose: una contenente il fotoiniziatore e M-CMC, l’altra con il fotoiniziatore, M-CMC e CNC. Queste prove hanno dimostrato la reattività del materiale e sono state alla base della selezione delle formulazioni più idonee alla stampa. Sono state condotte diverse prove di stampa, allo scopo di ottimizzare i parametri di stampa per la produzione di diversi componenti. Entrambe le formulazioni (M-CMC e CNC/M-CMC) sono state stampate con successo tramite DLP. L’aggiunta di un colorante ha permesso la realizzazione di componenti più complessi. Sono stati stampati, inoltre, idrogeli di M-CMC e idrogeli di CNC/M-CMC in forma di cilindri, da sottoporre a test di compressione, che hanno rivelato la maggiore resistenza e rigidità dei campioni compositi.