北京化工大學(xué)開發(fā)出用于低溫FDM 3D打印的抗菌復(fù)合線材

2020年4月28日，南極熊獲悉，來自北京化工大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種以淀粉為基礎(chǔ)的聚己內(nèi)酯（PCL）復(fù)合線材，可用于低溫FDM  3D打印。然后通過添加生物活性成分對(duì)線材進(jìn)行進(jìn)一步的功能化處理，使其具有抗菌特性。

PCL-淀粉復(fù)合線材

PCL以其低熔化溫度（60°C）和玻璃化溫度（-60°C）而聞名，使其在不犧牲韌性的前提下，具有很好的彈性。這種聚合物也是可生物降解的，因此被認(rèn)為是FDM 3D打印較安全的選擇之一。然而，PCL確實(shí)存在凝固速度慢，熔體強(qiáng)度不理想的問題，因此研究人員想看看能否在這方面有所作為。

該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是研究淀粉對(duì)PCL的機(jī)械和結(jié)晶性能的影響。將現(xiàn)成的PCL、可溶性淀粉、玉米淀粉和馬鈴薯淀粉分別在50℃的空氣干燥器中干燥兩小時(shí)。將100g干燥的PCL與不同質(zhì)量的干淀粉(1g-11g)混合在一起，用高速電子攪拌器對(duì)混合物進(jìn)行熱混合。樣品被造粒，然后被拉成絲線。

不同淀粉比例的打印樣品，圖片來源：BUCT。

用一臺(tái)通用試驗(yàn)機(jī)測(cè)量了每個(gè)線材的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)取平均數(shù)后，發(fā)現(xiàn)淀粉對(duì)PCL的拉伸強(qiáng)度沒有明顯的不利影響，甚至在較高比例淀粉的混合物中，拉伸強(qiáng)度還會(huì)增加。

拉伸強(qiáng)度與淀粉含量的關(guān)系，圖片來自BUCT。

在線材制備階段的早期還發(fā)現(xiàn)，淀粉可以提高線材的結(jié)晶溫度和結(jié)晶率。這意味著復(fù)合材料的熔融強(qiáng)度和凝固率高于純PCL，使其在打印過程中更容易打印，強(qiáng)度更高。

抗菌添加劑

在成功制造出一種物理性能高于PCL的新型復(fù)合線材后，團(tuán)隊(duì)將目光轉(zhuǎn)向了功能性。他們希望能更進(jìn)一步，所以他們?cè)趶?fù)合線材混合物中添加了兩種有機(jī)抗菌劑--銨-73和PHMB。

使用該復(fù)合線材3D打印了不同濃度的有機(jī)制劑的抗菌樣品，并將其放置在培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)出大腸桿菌和金黃色葡萄球菌。正如預(yù)期的那樣，培養(yǎng)皿的抑制區(qū)（細(xì)菌零生長(zhǎng)區(qū)域）隨著抗菌劑濃度的提高而擴(kuò)大。由于線材的打印溫度較低，有機(jī)制劑在整個(gè)打印過程中沒有變性，并保持活性。這一結(jié)果驗(yàn)證了研究者的低溫復(fù)合線材的生產(chǎn)和功能化的方法，使其具有抗菌性能。

抗菌樣品的抑制區(qū)，圖片來源：BUCT。

該研究的更多細(xì)節(jié)可以在題為 "Polycaprolactone/polysaccharide functional composites for low-temperature fused deposition modelling"的論文中找到。該論文由Yu-Qing Zhao, Ji-Hao Yang, Xiaokang Ding, Xuejia Ding, Shun Duan, and Fu-Jian Xu.共同撰寫。


編譯自：3dprintingindustry