Tento projekt základního výzkumu je zaměřený na podporu česko-americké vědecké spolupráce v oblasti frontální polymerace (FP) funkčních gelů připravených 3D tiskem. FP představuje speciální režim samopropagující polymerace v podobě souvislé fronty, který je charakteristický svojí mimořádnou energetickou úsporností a unikátními vlastnostmi vytvrzeného materiálu. Podmínkou udržení fronty je rovnováha mezi teplem vznikajícím během polymerace a tím spotřebovaným na její ohřev a ohřev okolí. Uvolněné reakční teplo vzniklé při postupu fronty je navíc možné využít pro iniciaci dalších procesů. FP proto vyžaduje daleko podrobnější pochopení entalpických procesů během reakce než tradiční způsoby vytvrzování, a to jak termodynamiky, tak i jejich kinetiky. Tento projekt se soustředí na zatím poměrně málo prozkoumanou oblast FP gelů, které představují unikátní reakční prostředí na pomezí pevného a kapalného skupenství. Hlavní výhodou 3D tisku je možnost připravovat objekty definovaných tvarů, které zpravidla mohou být mnohem komplexnější než u jiných zpracovatelských postupů. Výchozím bodem projektu je ověřený koncept (tzv. proof of concept) hybridní akrylátovo-epoxidové pryskyřice, ze které lze fotopolymerní technikou 3D tisknout gelové struktury a následně je vytvrdit pomocí FP. Tento systém je však zatím značně nedokonalý a umožňuje 3D tisk pouze jednoduchých tvarů, které navíc obsahují značné defekty. Dalšímu rozvoji brání neznalost konceptů a fundamentálních mechanismů, jejichž studium a popis představuje odbornou náplň tohoto projektu. Cílem je tedy prozkoumat možnosti FP 3D tištěných gelů, a to ve všech krocích procesu zahrnujících výběr a přípravu reagentů a pomocných aditiv, návrh a přípravu reakčních směsí, 3D tisk gelových struktur různými technikami a charakterizace jejich vlastností, samotná FP vytištěných objektů a její závislost na strukturních i procesních vlivech, zabudování inherentních funkčních vlastností přímo do materiálu gelů a tisk komplexních struktur, jejichž funkčnost je odvozená od jejich geometrického tvaru (např. auxetické struktury), a to včetně popisu průvodních jevů uplatňujících se při přípravě a FP těchto komplikovaných objektů. Zvláštní důraz je kladen na vlastnosti vhodné pro potenciální uplatnění FP gelů v udržitelných technologiích, a to zejména energetickou úspornost, maximalizaci využití obnovitelných surovin, a biokokmpatibilní funkční vlastnosti. Toto téma originálním způsobem doplňuje a rozšiřuje dlouhodobý vědecký záměr amerického partnera a vytváří prostor pro intenzivní zapojení českého týmu. Mimo vědeckých cílů je hlavním zaměřením projektu prohloubení prestiže české vědy přenosem znalostí a zkušeností od uznávaných amerických výzkumníků k nové generaci mladých českých vědců, zapojení do špičkového mezinárodního výzkumu včetně jeho plánování a koordinace, ale také společná česko-americká publikační činnost a budování vědomostní základny pro budoucí uplatnění v projektech aplikovaného výzkumu. Například se očekává, že kombinace 3D tištěných objektů s komplexní auxetickou strukturou a unikátních materiálových vlastností získaných díky FP přinese mimořádně vysokou účinnost absorpce mechanické energie, což by mohlo najít uplatnění v nové generaci udržitelných technologií pro nárazníky, sportovní pomůcky, nebo helmy a jiné ochranné pomůcky.

Popis anglicky
The aim of the project is to investigate the potential of front-polymerized (FP) 3D printed gels in all process steps including selection and preparation of reactants and auxiliary additives, design and preparation of reaction mixtures, 3D printing of gel structures by different techniques and characterization of their properties, FP of printed objects and its dependence on structural and process factors, incorporation of inherent functional properties directly into the gel material and printing of complex structures whose functionality is derived from their geometric shape (e.g. auxetic structures), including a description of the accompanying phenomena involved in the preparation and FP of these complex objects. Particular emphasis is placed on properties suitable for potential application of FP gels in sustainable technologies, in particular energy efficiency, maximization of the use of renewable raw materials, and biocompatible functional properties.

Klíčová slova
frontální polymerace, 3D tisk, gel, entalpie, iniciace, funkční vlastnosti

Klíčová slova anglicky
frontal polymerization, 3D printing, gel, enthalpy, initiation, functional properties