Международная междисциплинарная группа исследователей из Индии, Малайзии, Сингапура и Таиланда совершила прорыв в разработке экологически чистых деталей из полимерных композитов с использованием хитозана наземных насекомых. Команда успешно разработала метод 3D-печати с использованием хитозана, природного биополимера, получаемого из хитина, полисахарида, содержащегося в экзоскелетах членистоногих, таких как насекомые, а также в панцирях морских существ, таких как крабы. Эта инновация потенциально может обеспечить низкоуглеродный способ достижения Цели ООН в области устойчивого развития, то есть содействия устойчивым моделям потребления и производства.
Спрос на сырье для 3D-печати быстро растет, поскольку технология становится все более популярной благодаря своей способности создавать сложные формы и геометрию, которых было трудно достичь с помощью традиционных технологий производства.
Наземные насекомые являются потенциальным источником хитозана из-за их обилия, доступности и относительно высокого содержания хитина в их экзоскелетах, заявляют ученые. Существует несколько потенциальных преимуществ извлечения хитозана из наземных насекомых, включая устойчивое и экологичное производство. Насекомые являются устойчивым источником хитозана, поскольку их можно легко выращивать и собирать в больших количествах, не внося вклада в загрязнение окружающей среды. Напротив, традиционные источники хитозана, такие как панцири креветок и крабов, могут быть неустойчивыми и оказывать негативное воздействие на окружающую среду.
В ходе исследования была изучена возможность разработки экологически чистого композитного материала с использованием технологии 3D-печати. Исследователи обнаружили, что добавление хитина и хитозана, полученных от наземных насекомых, к матрице PLA привело к снижению прочности и жесткости, которые ухудшались с увеличением концентрации хитина и хитозана. Композитный материал с усилением хитином 0,5 мас.% обладал самой низкой прочностью на растяжение и изгиб по сравнению с другими композитами, полученными с использованием аддитивного производства.
Снижение прочности и жесткости композитов хитин/PLA и хитозан/PLA по сравнению с neat PLA было связано с уменьшением межфазного сцепления между армированием и матрицей. Это приводило к проскальзыванию полимера, когда композит подвергался внешней нагрузке. Однако композиты хитин/PLA и хитозан/PLA продемонстрировали повышенную пластичность по сравнению с neat PLA, причем композит с содержанием хитина 0,1 мас.% показал самую высокую пластичность. Был сделан вывод, что хитин и хитозан могут способствовать упрочнению PLA-композита.
Исследование также показало, что плотность композитов увеличивалась с увеличением концентрации хитина и хитозана. Анализы FTIR и XRD подтвердили кристаллическую природу и химическую связь композитных образцов. Исследование микроструктуры показало наличие пустот и примесеподобных частиц, связанных с разложением хитина и хитозана в композитах. Композиты хитин/PLA и хитозан/PLA обладают хорошей термической стабильностью и могут найти потенциальное применение для упаковки пищевых продуктов, основываясь на их свойствах при сжатии.