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

南極熊導讀，通過使用“點擊化學”反應，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，未來將減少對新塑料的需求，并減少碳排放。

2022年6月18日，南極熊獲悉，橡樹嶺國家實驗室(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團隊的一員Sungjin Kim使用“vitrimer”進行3D打印

ORNL化學科學部的主要作者Tomonori Saito說：“現(xiàn)在，我們的工作目標是克服持續(xù)增長的材料成本與回收再利用。開發(fā)出一種更容易利用塑料廢物，來制造更有價值的材料的方法。”

應對一次性塑料生產(chǎn)
在論文中，他們預測到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%。考慮到這一點，這也是為什么加速開發(fā)，一次性聚合物循環(huán)替代品的技術背景。

然而，迄今為止，為FFF工藝開發(fā)此類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，盡管使用該技術的用戶，占據(jù)了大部分的市場份額。但是，該工藝在可回收再利用領域還有很大的改善空間。

同時，介于ABS的高流動性和快速硬化剛性結構的能力，已被FFF 3D打印用戶和制造商廣泛采用。所以，該團隊將材料的可回收和可替代列為首要攻克對象。

△研究人員的ABS升級循環(huán)過程

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

為了測試這種“點擊化學”反應的功效，該團隊對來自六種不同升級，再循環(huán)ABS配方的零件進行3D打印，然后再對它們進行強度測試。初步結果表明，一種“ALD-66”的材料極限拉伸強度為44 MPa，比純ABS強80%以上。然而，該團隊最終選擇繼續(xù)使用“ALD-33”，因為它的韌性和延展性是“理想的無斷裂打印”特性。

△vitimer的廢物分離過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，該團隊先后測試了四種樣品，然后在連續(xù)三個打印周期中壓制和重復使用它們。經(jīng)實驗表明，ALD-33測試樣品能夠始終保持彈性、強度和延展性的方式恢復它們的分子鍵，而無需任何添加劑。

更重要的是，當溶解時，該材料可以以受控的方式與普通PLA混合，形成具有預定特性的混合物。通過這樣做，該團隊發(fā)現(xiàn)他們能夠開發(fā)出一種配方，當3D打印蜂窩結構時，可以產(chǎn)生具有“出色壓縮性能”的部件。

未來，隨著進一步的發(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度，未來可廣泛用于醫(yī)療、汽車、機器人或電子等應用。

△更多的研究成果，可在題為“通過動態(tài)交聯(lián)實現(xiàn)再生塑料商品的增材閉環(huán)制造”的論文中找到詳細說明（點我傳送門）

關于該技術的更多研究
桌面3D打印機用戶，越來越多地轉(zhuǎn)向可持續(xù)的長絲，材料開發(fā)商也證實了這種不斷增長的需求。Braskem上個月在Rapid+TCT 2022上發(fā)布了可持續(xù)3D打印線材的長絲，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，麻省理工學院(MIT) 的研究人員，提出了一種新的植物衍生復合材料。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)說具有類似于軟體動物殼的結構。