Российские исследователи предложили новый, недорогой полимер, полностью изготовленный из биомассы, который можно легко использовать для трехмерной печати. Изделия, изготовленные из него, имеют высокое качество, легко перерабатываются и устойчивы к воздействию растворителей.
Современный мир немыслим без пластмасс. К сожалению, у них есть недостатки, в том числе образование СО2 как при производстве, так и при сжигании, истощение ископаемого сырья и рост свалок. В журнале Angewandte Chemie российские исследователи предложили новый недорогой полимер, полностью изготовленный из биомассы, который можно легко использовать для трехмерной печати. Изделия, изготовленные из него, имеют высокое качество, легко перерабатываются и устойчивы к воздействию растворителей.
Обычные производственные процессы включают в себя резку, распиловку, точение или фрезерование, что приводит к большому количеству выбрасываемого материала. Напротив, процессы трехмерной печати являются «аддитивными»: трехмерные объекты производятся при поэтапном применении материала. Наиболее распространенный метод называется сплавленным методом осаждения (fused deposition modeling, FDM). В этом процессе сырье направляется через горячее сопло на подвижную основу и тем самым сжижается (экструзия). Головка принтера создает запрограммированную форму, как в обычном двумерном процессе печати, выделяя небольшие количества полимера вместо чернил. Это повторяется для слоя за слоем до тех пор, пока желаемый трехмерный объект не будет завершен. Тем не менее, полимеры, используемые до сих пор, имеют ряд недостатков, которые ограничивают их использование. Некоторые из полимеров не выдерживают воздействия органических растворителей. С другой стороны, те, которые выдерживают растворители, плохо прилипают и сжимаются при нагревании, что в итоге приводит к расслоению и вызывает ошибки в процессе печати.
Исследователи, работающие с В.П. Ананиковым в институте химии Зелинского Российской академии наук (Москва), решили эти проблемы, используя трехмерную печать с полиэтилен-2,5-фурандикарбоксилатом (PEF) -полимером, который они получают из целлюлозы.
Команда смогла использовать коммерчески доступный 3D-принтер со стандартными настройками для успешного создания объектов. Отдельные слои печатных объектов были прочно связаны друг с другом, а поверхность была гладкой и высококачественной. Испытания показали, что объекты устойчивы к дихлорметану, одному из самых агрессивных растворителей. Благодаря высокой термической стабильности PEF печатные объекты могут быть повторно расплавлены и снова использоваться для печати.
Компьютерные вычисления показывают, что отдельные строительные блоки PEF могут содержать нелинейные фрагменты, что дает доступ к новым типам геометрии. Еще одна важная особенность - большая полярность PEF. Исследователи полагают, что структурное разнообразие открывает новые перспективы для применения PEF.
Источник: Fedor A. Kucherov, Evgeny G. Gordeev, Alexey S. Kashin, Valentine P. Ananikov. Three-Dimensional Printing with Biomass-Derived PEF for Carbon-Neutral Manufacturing. Angewandte Chemie International Edition, 2017; DOI: 10.1002/anie.201708528