Целлюлоза является одним из самых распространенных органических соединений на Земле, в том числе и среди промышленных отходов. Тем не менее, несмотря на многолетние обширные исследования, использование целлюлозы для изготовления 3D-объектов по-прежнему мешает множество нерешенных проблем, которые ограничивают ее практические применения: производные с огромными загрязняющими эффектами, используемые в сочетании с пластмассами, отсутствие масштабируемости и высокая себестоимость.
Однако исследователи из Сингапурского университета технологии и дизайна (Singapore University of Technology and Design, SUTD) недавно продемонстрировали использование целлюлозы для производства крупных 3D-объектов. Их подход расходится с общей ассоциацией целлюлозы с зелеными растениями и вдохновлен такими организмами как грибоподобные оомицеты. В используемом материале небольшие количества хитина чередуются между целлюлозными волокнами, в результате эти материалы (англ. fungal-like adhesive material, FLAM)- прочные, легкие и недорогие и могут быть отлиты или обработаны с использованием технологий деревообработки.
1,2 м, 5,2 кг турбинного лезвия, полностью изготовленного из целлюлозы и хитозана, самых распространенных биополимеров на Земле и произведенных в больших количествах почти в каждой экосистеме. Оба ингредиента получают из побочных продуктов промышленности, что приводит к экологичному производству.
Credit: SUTD
Такой материал полностью экологически устойчив, так как для его изготовления не использовались органические растворители или синтетические пластмассы. Он масштабируемый и может воспроизводиться где угодно без специальных средств. А также он полностью биодеградируемый в естественных условиях и вне помещений для компостирования. Стоимость FLAM находится в диапазоне товарных пластмасс и в 10 раз ниже стоимости обычных нитей для 3D-печати, таких как PLA (полимолочная кислота) и ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), что делает ее не только более устойчивой, но и более рентабельным заменителем. Кроме того, исследователи разработали технологию изготовления аддитивных материалов, специфичную для материала.
Сопредседатель этого исследования, помощник SUTD профессор Хавьер Гомес Фернандес сказал: «Мы считаем, что этот первый крупномасштабный процесс производства добавок с самыми распространенными биологическими полимерами на Земле станет катализатором перехода к экологически чистым и круговым моделям производства, где материалы изготавливаются, используются и деградируют в закрытых региональных системах. Это воспроизведение и изготовление с составом материала, обнаруженным на стенке оомицетов, а именно: немодифицированная целлюлоза, небольшое количество хитозана - вторая по численности органическая молекула на Земле - и низкоконцентрированная уксусная кислота, вероятно, является одним из самых успешных технологических достижений в области биоиндустрированных материалов ».
Со-ведущий помощник SUTD профессор Стилианос Дрицас добавил: «Мы считаем, что результаты, представленные здесь, представляют собой поворотный момент для глобального производства с более широким воздействием на несколько областей: от материаловедения, экологической инженерии, автоматизации и экономики. Сейчас мы находимся на этапе поиска промышленных сотрудников, чтобы вывести эту технологию из лаборатории в мир ».
С увеличением количества отходов и загрязнений возрастает актуальность для более устойчивых производственных процессов. Создание технологии, основанной на немодифицированных, биоразлагаемых, имеющихся в большом количестве полимерах, не требующих пахотных земель или лесных ресурсов, будет способствовать переходу на экологически безопасное производство.
Это исследование было опубликовано в выпуске журнала Scientific Reports от 5 июня.
Источник: https://worldofmaterials.ru/