Изоляционные и конструкционные композитные и полимерные материалы

Массачусетский технологический институт разрабатывает 3D-печать целлюлозой

27.10.2017

Представьте себе материал, который является прочным, гибким, возобновляемым, биоразлагаемым и широко распространённым. Теперь представьте себе возможность 3D-печати этого материала практически в любой форме.

Такой материал существует, это полисахаридная целлюлоза и её можно найти в растительной древесине, хлопковых волокнах и, следовательно, в тканях и бумаге. Ученые из Массачусетского технологического института доктор Себастьян Паттинсон и профессор А. Дж. Харт опубликовали возможный метод 3D-печати с использованием целлюлозы в качестве заменителя экологически проблемных пластмасс.


Себастьян Паттинсон в своей лаборатории. Фото: MIT

Текущие исследования в области 3D-печати целлюлозой показали, что этот метод подходит для использования, например, в пищевых продуктах. Тем не менее, есть две проблемы, возникающих из-за водородных связей между молекулами целлюлозы.

Первая проблема заключается в термическом разложении. «Когда у вас есть полимер и вы хотите его распечатать, вы должны нагреть его до тех пор, пока он не станет текучим, а затем вы можете вытолкнуть его через сопло и поместить слой за слоем для создания нужной формы», объясняет Паттинсон, «однако из-за водородных связей, целлюлоза начнёт разлагаться до того, как она станет текучей».

Вторая проблема с водородом – проблема печати твердых структур. «Если вы хотите растворить целлюлозу или использовать взвешенные растворы с её участием, – продолжил Паттинсон, – водородная связь приведет к тому, что эти растворы или суспензии станут чрезвычайно вязкими даже при очень низкой концентрации целлюлозы».

Метод, предложенный учёными MIT в своей исследовательской работе, предполагает использование ацетата целлюлозы, вместо обычной целлюлозы. В ацетате около 80% гидроксильных групп на молекуле целлюлозы заменяются ацетатными группами, которые разрушают сильные водородные связи.

Затем исходное сырье можно растворить в ацетоне, чтобы образовать вязкий композит, который затем может быть экструдирован через сопло для образования нити, подходящей для 3D-печати. Ацетон был выбран потому, что он является недорогим растворителем, который быстро испаряется из-за высокого давления и может быть рециркулирован, если учесть схемы конденсации. После выпаривания теряется очень адгезивная природа ацетата и композита ацетона.

Как указано в исследовательской работе, после печати, частицы ацетата целлюлозы могут быть превращены в собственно целлюлозу путем деацетилирования с использованием гидроксида натрия.

Источник

Вебмастер