前沿科技:俄罗斯研究员使用生物质材料开发新的可回收的3D打印聚合物

永利游戏网站2017年11月6日讯  3D打印过程通常比其他形式的制造更适合环境,但塑料废物仍然是世界性的问题。塑料由一系列合成或半合成的可塑性有机材料组成,并且已经做出了许多努力,将回收塑料用于3D打印物体,如假肢、构成浮动圣诞树的树叶、蜂箱和太空中宇航员的用品。

涉及3D打印材料时,您不会遇到比塑料更受欢迎的选择,有各种各样的塑料可供选择,同时,它也是3D打印材料中最便宜的。然而,塑料也存在一定的问题,世界各地的垃圾填埋场对于塑料处理最为头疼。材料正在耗尽化石原料,以及在生产和燃烧过程中形成二氧化碳。位于莫斯科的俄罗斯科学院(RAS)的一个研究小组已经开发了一种完全由生物质制造的可3D打印聚合物,从而解决塑料带来的问题。

3D打印聚合物具有其自身的缺点,例如被有机溶剂侵蚀,加热时收缩,以及与打印纸的粘合性差,所有这些都可能导致打印错误。但是RAS研究人员正在与Prof. Dr. Valentine P. Ananikov合作,开发了不仅可持续的物质过程,而且消除了这些问题。

他们开发了一种称为聚乙烯-2,5-呋喃二羧酸酯(PEF)的聚合物,可以低成本地用于3D打印可回收和高耐溶剂性的高质量物体。研究人员在Angewandte Chemie杂志上的一篇论文中进行了详细的介绍。合著者包括Fedor A.Kucherov博士、Evgeny G. Gordeev博士、Alexey S. Kashin博士和Ananikov教授。

摘要阅读“生物质衍生的聚乙烯-2,5-呋喃二羧酸酯(PEF))已经用于熔融沉积建模(FDM)3D打印。已经进行了从纤维素到打印对象的完整循环。在本研究中3D打印的PEF物体显示比通常可用材料【丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)】打印的物体具有更高的耐化学性。

研究的PEF聚合物已经显示了3D打印的关键优势:最佳粘合性、热塑性、缺乏分层和低热收缩。PEF的高热稳定性和挤出所需的相对低的温度对于回收打印物体和使废物最小化是最佳的。成功地显示了3D打印和回收的几个连续循环。将3D打印扩展到碳中性材料的建议方法在可持续发展领域开辟了新的方向。

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研究人员在烘箱中熔化聚合物粉末,形成长丝,然后通过热拉伸成直径2.85毫米的材料。然后,他们使用Autodesk 123D Design绘制数字模型,并将其成功打印在Ultimaker 2上,因为特定的3D打印机的进纸器距离打印头更远,并允许较小的实验材料段不直接接触机械部件。3D打印的物体具有光滑、高质量的表面,并且层被“彼此牢固地结合在一起”。

然后对PEF物体以及使用PETG、PLA和ABS打印的物体进行测试,证明PEF物体对称为二氯甲烷的侵蚀性溶剂更具抗性。

PEF材料具有较高的热稳定性,这意味着3D打印的测试对象能够被熔化,重新制成长丝,并再次打印。PEF还具有比其他材料更大的极性,研究团队认为,这种结构多样性意味着材料将有新的应用。

此外,根据研究人员的计算机计算,组成PEF的构建块实际上可能具有非线性碎片,这些碎片形成螺旋扭曲,提供“获取新类型的几何形状”。

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