ORNL開(kāi)發(fā)出易于將塑料廢物變?yōu)?D打印線(xiàn)材的新方法，具有韌性和延展性

南極熊導(dǎo)讀，通過(guò)使用“點(diǎn)擊化學(xué)”反應(yīng)，該種方法能夠?qū)�廢棄的ABS轉(zhuǎn)化為“玻璃體”，這是一種具有熱塑性塑料可回收性，和熱固性塑料機(jī)械特性的聚合物。這種“易于采用”的工藝可以作為“閉環(huán)式戰(zhàn)略管理”的基礎(chǔ)，未來(lái)將減少對(duì)新塑料的需求，并減少碳排放。

2022年6月18日，南極熊獲悉，橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的研究人員，提出了一種將廢棄塑料轉(zhuǎn)化為熔絲制造(FFF)，3D打印材料的新方法。

△ORNL團(tuán)隊(duì)的一員Sungjin Kim使用“vitrimer”進(jìn)行3D打印

ORNL化學(xué)科學(xué)部的主要作者Tomonori Saito說(shuō)：“現(xiàn)在，我們的工作目標(biāo)是克服持續(xù)增長(zhǎng)的材料成本與回收再利用。開(kāi)發(fā)出一種更容易利用塑料廢物，來(lái)制造更有價(jià)值的材料的方法�！�

應(yīng)對(duì)一次性塑料生產(chǎn)
在論文中，他們預(yù)測(cè)到2050年，塑料的生產(chǎn)和焚燒將占用全球所有凈碳排放量的16%�？紤]到這一點(diǎn)，這也是為什么加速開(kāi)發(fā)，一次性聚合物循環(huán)替代品的技術(shù)背景。

然而，迄今為止，為FFF工藝開(kāi)發(fā)此類(lèi)材料已被證明是困難的，主要原因是交聯(lián)熱固性材料不兼容。因此，盡管使用該技術(shù)的用戶(hù)，占據(jù)了大部分的市場(chǎng)份額。但是，該工藝在可回收再利用領(lǐng)域還有很大的改善空間。

同時(shí)，介于ABS的高流動(dòng)性和快速硬化剛性結(jié)構(gòu)的能力，已被FFF 3D打印用戶(hù)和制造商廣泛采用。所以，該團(tuán)隊(duì)將材料的可回收和可替代列為首要攻克對(duì)象。

△研究人員的ABS升級(jí)循環(huán)過(guò)程

ORNL的“點(diǎn)擊化學(xué)”方法
為了將ABS轉(zhuǎn)化為可回收的、可3D打印的FFF玻璃體，研究人員專(zhuān)注于橡膠狀丁二烯鏈段，其中包含可重復(fù)使用所需的不飽和雙鍵。通過(guò)將二醛和半胱胺（一種傳統(tǒng)上摻入眼部和皮膚藥物的化合物）添加到這些化學(xué)物質(zhì)中，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)可以對(duì)它們進(jìn)行功能化和轉(zhuǎn)化。

為了測(cè)試這種“點(diǎn)擊化學(xué)”反應(yīng)的功效，該團(tuán)隊(duì)對(duì)來(lái)自六種不同升級(jí)，再循環(huán)ABS配方的零件進(jìn)行3D打印，然后再對(duì)它們進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試。初步結(jié)果表明，一種“ALD-66”的材料極限拉伸強(qiáng)度為44 MPa，比純ABS強(qiáng)80%以上。然而，該團(tuán)隊(duì)最終選擇繼續(xù)使用“ALD-33”，因?yàn)樗�的韌性和延展性是“理想的無(wú)斷裂打印”特性。

△vitimer的廢物分離過(guò)程和使用初始樣品制作的一些模型

在量化材料的可回收性時(shí)，該團(tuán)隊(duì)先后測(cè)試了四種樣品，然后在連續(xù)三個(gè)打印周期中壓制和重復(fù)使用它們。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，ALD-33測(cè)試樣品能夠始終保持彈性、強(qiáng)度和延展性的方式恢復(fù)它們的分子鍵，而無(wú)需任何添加劑。

更重要的是，當(dāng)溶解時(shí)，該材料可以以受控的方式與普通PLA混合，形成具有預(yù)定特性的混合物。通過(guò)這樣做，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們能夠開(kāi)發(fā)出一種配方，當(dāng)3D打印蜂窩結(jié)構(gòu)時(shí)，可以產(chǎn)生具有“出色壓縮性能”的部件。

未來(lái)，隨著進(jìn)一步的發(fā)展，研究人員表示，他們的方法適用于提高其它，可打印熱塑性塑料的可回收性和強(qiáng)度，未來(lái)可廣泛用于醫(yī)療、汽車(chē)、機(jī)器人或電子等應(yīng)用。

△更多的研究成果，可在題為“通過(guò)動(dòng)態(tài)交聯(lián)實(shí)現(xiàn)再生塑料商品的增材閉環(huán)制造”的論文中找到詳細(xì)說(shuō)明（點(diǎn)我傳送門(mén)）

關(guān)于該技術(shù)的更多研究
桌面3D打印機(jī)用戶(hù)，越來(lái)越多地轉(zhuǎn)向可持續(xù)的長(zhǎng)絲，材料開(kāi)發(fā)商也證實(shí)了這種不斷增長(zhǎng)的需求。Braskem上個(gè)月在Rapid+TCT 2022上發(fā)布了可持續(xù)3D打印線(xiàn)材的長(zhǎng)絲，該材料由生物基 EVA、再生聚乙烯 (PE) 和聚丙烯 (PP) 組成。

在其他地方，麻省理工學(xué)院(MIT) 的研究人員，提出了一種新的植物衍生復(fù)合材料。使用合成塑料和纖維素納米晶體(CNC)的混合物制成的3D可打印材料，據(jù)說(shuō)具有類(lèi)似于軟體動(dòng)物殼的結(jié)構(gòu)。