研究人員從經(jīng)濟學的角度出發(fā)，將木質素用于可持續(xù)3d打印

2022年1月23日，南極熊獲悉，密歇根大學(UD)的研究人員發(fā)表了一篇新的研究論文，探索將生物質轉化為新的3D打印材料的經(jīng)濟方法。這篇論文專注于木質素，這是一種制造紙制品的廢料，證明了將其高效轉化為生物基3D打印樹脂是可能的，他們聲稱這種方法與類似的石油產品具有競爭力。

UD的項目負責人托馬斯·埃普斯(Thomas Epps)表示：“在特定的技術手段下不僅能將木質素分解并轉化為有用的產品，而且還能保持低于石油材料的成本，以及減少對環(huán)境的影響，這是以前沒有探索過的領域。”

△密歇根大學的研究人員和同事正在研究的3D打印用生物樹脂。圖片來自寶拉·普蘭達(Paula Pranda)

3D打印用木質素的再利用

木質素是一種為植物細胞壁提供強度和剛度的化學物質，植物會不斷產生木質素以保護自己免受捕食者的侵害。因此，木質素是一種廣泛可用的資源，世界各地的紙漿和零件廠每年產生約 1 億噸技術性木質素廢料，眾多大學以及研究機構都在嘗試在再利用木質素方面有所創(chuàng)新。

2020，佛雷堡大學的研究人員將木質素與纖維素結合起來，開發(fā)出他們自己的環(huán)保型木質3D印刷材料。生物合成聚合物在輕型建筑或工業(yè)應用中具有潛在用途。麻省理工學院的科學家開發(fā)了他們自己的實驗室培養(yǎng)的木質細胞，其中含有木質素增強的墻壁，可以形成一種新的、更可持續(xù)的3D打印生物材料的基礎。盡管仍處于早期階段，但在未來，這項研究可能會成為3D打印環(huán)保家具或生產合成木材的一種手段，應對日益嚴重的全球森林砍伐危機。這一領域最顯著的發(fā)展是Desktop Metal在去年中期推出的新Forust wood 3D打印技術。該工藝將木質素和鋸末等木材廢料的副產品結合，以創(chuàng)建與其粘合劑噴射技術兼容的可持續(xù)3D打印材料。

△弗萊堡大學的研究人員使用DIW 3D打印技術（如圖）測試了他們的新型環(huán)保木基3D打印材料

改善木質素的經(jīng)濟方法

UD 研究與該領域其他研究的不同之處在于它專注于改進生產過程的經(jīng)濟性。升級木質素的主要缺點之一是許多現(xiàn)有工藝需要在非常高的溫度下運行，因此價格昂貴且難以規(guī)�；�。當前的工業(yè)技術還伴隨著與傳統(tǒng)溶劑、溫度或壓力相關的安全問題。為了應對這些挑戰(zhàn)，UD 研究團隊將甲醇替換為甘油，以使該過程能夠在正常大氣壓下進行。甘油是一種廉價的原料，通常用于液體化妝品、肥皂和洗發(fā)水中，具有保濕功效，但也可用于將木質素分解為其它化學成分，從中可以生產出多種生物基產品，如 3D 打印樹脂成分。用甘油代替甲醇提供了相同的化學功能，但蒸汽壓低得多，無需封閉系統(tǒng)。這使研究人員能夠同時完成該過程的反應和分離步驟，從而形成更具成本效益的系統(tǒng)。

據(jù)研究人員稱，在大氣壓下操作不僅更安全，而且還提供了一條直接的途徑，可以將該方法從小批量擴大到連續(xù)運行，他們說這將創(chuàng)造更多更便宜、更快、更少人工的材料。

△在市售的 SLA 打印機中使用生物樹脂 3D 打印“UD”

南極熊之前也報道了眾多研究，致力于將3D打印應用于環(huán)保事業(yè)，實現(xiàn)更為經(jīng)濟的再生產方法，諸如Stratasys采用來源于蓖麻油的PA11實現(xiàn)環(huán)保生產制造，東京奧運會使用廢棄塑料打印領獎臺，科學家將建筑垃圾回收利用為環(huán)保3D打印材料等等

△東京奧運會使用廢棄塑料打印領獎臺