芬蘭研究者開發(fā)新型纖維素3D打印材料或創(chuàng)造新型生物經(jīng)濟(jì)

一支研究團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)新型的以纖維素為基礎(chǔ)的混合生物材料以代替化石原料。

項(xiàng)目名稱是 Design Driven Value Chains in the World of Cellulose (DWoC) 2.0，由芬蘭VTT技術(shù)研究中心協(xié)調(diào)，而這一政府計(jì)劃著力于生物經(jīng)濟(jì)的重要性。

振興經(jīng)濟(jì)需要以研究驅(qū)動的巨大飛躍，強(qiáng)大的風(fēng)險(xiǎn)承受能力和研究創(chuàng)新上的國家資助。VVT的研究副總裁Johanna Buchert說，“作為芬蘭的綠色黃金，木材是一種可再生原材料，當(dāng)我們在傳統(tǒng)紙業(yè)上找到新的高附加值應(yīng)用的時(shí)候，木纖維素就能展現(xiàn)出黃金般的價(jià)值。”

DWoC計(jì)劃的第一步目標(biāo)是找到結(jié)合設(shè)計(jì)和材料的方法和用于研究測試的多種方法。計(jì)劃將帶來一些初步的產(chǎn)品概念和想法，比如從紙漿纖維懸浮液中直接制造紗線。

但是這可能適用于纖維素3D打印的紡織品應(yīng)用。設(shè)計(jì)是3D生產(chǎn)方法重要的驅(qū)動力，而以靈活、經(jīng)濟(jì)的方式剪裁小批量個(gè)性化產(chǎn)品技術(shù)的能力通常體現(xiàn)于兩種優(yōu)勢塑料之上：ABS和PLA。在芬蘭進(jìn)行的工作目標(biāo)在于通過投資和發(fā)展可再生材料來拓寬可用的選擇。芬蘭人正在為FDM型3D打印機(jī)使用得熱塑型纖維素衍生物測試?yán)w維素混合材料的適用性，而且他們在測試中選擇了低溫加工材料。

由于附著力不足，純正纖維素衍生物的測試結(jié)果不夠理想，團(tuán)隊(duì)于是通過塑化提升了材料附著力，這一過程同時(shí)降低了熔體粘度和玻璃轉(zhuǎn)化溫度。層附著力和整體表現(xiàn)被提升后，3D結(jié)構(gòu)就可以使用這種材料構(gòu)建。

團(tuán)隊(duì)表示潛在的應(yīng)用可成功做出自立物體，或在織物及其它材料上打印出表面結(jié)構(gòu)。他們還指出，這項(xiàng)技術(shù)使得可打印材料的種類變得更加多樣，比如水凝膠、纖維素質(zhì)塑料和紙漿纖維混合物。

纖維質(zhì)水凝膠結(jié)構(gòu)是通過將纖維素溶解于離子液體或使用高度親水性氧化纖維納米素構(gòu)建而成的。這種結(jié)構(gòu)可以在水中或高度潮濕的環(huán)境中存在。水凝膠也可以用來生產(chǎn)高透氣性的類氣凝膠物體，通過冷凍干燥，一種堅(jiān)硬的纖維素衍生物能被打印出來，并在以極低的收縮率空氣中迅速干燥。

柔軟的纖維素衍生物則可以用于制作靈活柔韌的結(jié)構(gòu)，或是在纖維織物上打印。作為過程的一部分，紙漿纖維和色素將于軟硬兩種衍生物混合，成為不同的復(fù)合材料，每一種的外觀和觸感都不盡相同。

研究者稱，他們已經(jīng)測試過的結(jié)構(gòu)或硬或軟，或堅(jiān)固或脆弱，或質(zhì)密或疏松，都可以在基板或織物上3D打印出來。作為證明，他們使用柔性纖維素衍生物打印出了珍珠串，其中混合了10%的纖維素。
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