賓夕法尼亞州立大學(xué)研究人員開發(fā)可持續(xù)樹脂來替代大幅面3D打印塑料

2023年10月23日，南極熊獲悉，賓夕法尼亞州立大學(xué)的農(nóng)業(yè)和生物工程師團隊宣稱，他們正在研究一種由農(nóng)業(yè)衍生成分制成的可持續(xù)樹脂材料，該材料有潛力取代目前用于大幅面3D打印的塑料，用于制造家具和船只等物體。

△博士生James Godwin（左）和Kassem Bokhari檢查3D打印的拉伸測試樣本

為了支持他們研究，該團隊獲得了來自美國農(nóng)業(yè)部國家食品和農(nóng)業(yè)研究所的資助，總額為65萬美元（約合475萬人民幣），為期三年。這筆資金將用于開發(fā)一種替代品，以取代目前昂貴且高度工程化的樹脂材料，這些樹脂材料是石化衍生成分的混合物。

領(lǐng)導(dǎo)著科學(xué)和團隊的工作，農(nóng)業(yè)學(xué)院農(nóng)業(yè)和生物工程助理教授Stephen Chmely表示："我們項目團隊的長期目標(biāo)是通過利用木質(zhì)纖維素生物質(zhì)（或干植物物質(zhì)）開發(fā)可持續(xù)的生物產(chǎn)品，從而在經(jīng)濟上實現(xiàn)低碳生物經(jīng)濟。該提案旨在創(chuàng)造一種由農(nóng)業(yè)衍生成分組成的可再生樹脂材料，這是實現(xiàn)我們長期目標(biāo)的一步。通過立體光刻技術(shù)，這種材料將實現(xiàn)大幅面的3D打印�！�

△大幅面3D打印設(shè)備示意

開發(fā)可持續(xù)樹脂

研究人員正在致力于將植物源材料，包括木質(zhì)素和納米纖維素，進行化學(xué)轉(zhuǎn)化，以制造含有這些生物材料和大豆油的可再生立體光刻樹脂。木質(zhì)素是一種復(fù)雜的有機聚合物，存在于許多植物的細胞壁中，賦予它們堅硬的木質(zhì)特性。而納米纖維素則包含通常由木漿制備的微小顆粒，但也可以由任何植物纖維素來源制備。

Chmely解釋說，納米纖維素屬于一類令人興奮的纖維素材料，其性質(zhì)和功能與散裝纖維素和木漿不同。因此，研究人員正在探索將其應(yīng)用于以前認為無法實現(xiàn)的領(lǐng)域。

Chmely表示，該團隊的目標(biāo)是證明，與現(xiàn)有的商用樹脂相比，新樹脂將具有更高的彈性、韌性和耐熱性。為了評估新材料的性能，研究人員將進行光譜和顯微研究、機械測試以及熱分析。

△這些材料可以用于制造家具和船只等物體

Chmely指出，該團隊在進行這項研究時具有獨特的優(yōu)勢，因為他們隸屬于賓夕法尼亞州立大學(xué)的農(nóng)業(yè)和生物工程系，這使得他們能夠從材料科學(xué)、工程與農(nóng)業(yè)和林業(yè)的交叉領(lǐng)域獨特的視角來探索這項研究。

他說：“我們的團隊在木質(zhì)素化學(xué)、纖維素納米材料和立體光刻3D打印方面擁有豐富的專業(yè)知識�？偟膩碚f，這些突破將對增材制造和生物精煉行業(yè)、材料科學(xué)和生物質(zhì)化學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究人員，以及為這些工作提供生物質(zhì)原料的農(nóng)村社區(qū)產(chǎn)生重大積極影響，因為這些工作的規(guī)模不斷擴大和發(fā)展。”

農(nóng)業(yè)和生物工程以及生物倫理學(xué)教授Jeffrey Catchmark是該項目的聯(lián)合首席研究員。