光照就能自我修復(fù)的3D打印塑料，“塑料危機(jī)”或許有新解決之道

導(dǎo)讀：十四五”時(shí)期，隨著“雙碳”工作的持續(xù)推進(jìn)，環(huán)境治理成為重中之重，再生塑料作為循環(huán)領(lǐng)域的重要組成部分，其研發(fā)生產(chǎn)備受關(guān)注。近日，3D打印領(lǐng)域有了新發(fā)現(xiàn)，這次新發(fā)現(xiàn)有可能讓全球日益嚴(yán)重的“塑料危機(jī)”有了新的解決之道。

南極熊獲悉，來自新南威爾士大學(xué)的工程師們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)3D打印材料破裂，只需在打印過程中，向液體樹脂中添加“特殊粉末” ，再使用UV LED燈直接照射，便能快速、輕易地幫助材料進(jìn)行自我修復(fù)，而且修復(fù)后比損壞前更堅(jiān)固了。

該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在《Angewandte化學(xué)國際版》雜志上。

論文原文：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202114111

新南威爾士大學(xué)團(tuán)隊(duì)使用的粉末狀添加劑是一種三硫代碳酸鹽，被稱為可逆加成破碎鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)劑，最初由CSIRO開發(fā)。RAFT制劑能夠重新排列組成材料的納米網(wǎng)絡(luò)元素，并允許破碎的碎片被融合。

當(dāng)UV LED燈直接照射到破碎的塑料上時(shí)，大約30分鐘內(nèi)就會(huì)進(jìn)行修復(fù)，大約一個(gè)小時(shí)后就會(huì)完全修復(fù)。

包括在3D打印小提琴上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，自修復(fù)塑料的強(qiáng)度與原始狀態(tài)相比已完全恢復(fù)。該團(tuán)隊(duì)表示，與現(xiàn)有的修復(fù)破損3D打印材料的方法相比，他們的系統(tǒng)簡單、速度快，商業(yè)化是可行的。

“也有其他方法可以做到這一點(diǎn)，但依賴熱化學(xué)來修復(fù)材料，通常需要大約24小時(shí)，多次加熱循環(huán)才能達(dá)到相同的結(jié)果。”科里根博士說，“另一限制是，需要一個(gè)加熱到高溫的烤箱，而且不能就地修復(fù)塑料材料，首先要把它從部件上拆卸下來，這增加了流程復(fù)雜性，速度緩慢�！�

“有了我們的系統(tǒng)，你可以把破碎的塑料留在原地，然后把光照射到整個(gè)部件上。只有材料表面的添加劑受到影響，所以它更容易修復(fù)，速度也更快。”

博伊爾教授表示，這項(xiàng)新技術(shù)可以會(huì)應(yīng)用于許多領(lǐng)域，目前先進(jìn)的3D打印材料被用于高科技專業(yè)組件。這些產(chǎn)品包括可穿戴電子產(chǎn)品、傳感器，甚至還有一些制鞋產(chǎn)品。

這意味著破碎的塑料部件不需要丟棄，甚至不需要回收，即使嵌入包含許多其他材料的部件，也可以簡單地修復(fù)。與現(xiàn)有的3D打印材料修復(fù)破損方法相比，這種方法簡單、速度快，商業(yè)化是可行的，未來隨著進(jìn)一步的發(fā)展和商業(yè)化，還將有助于減少化學(xué)廢物。

塑料的廢棄給環(huán)境帶來了巨大的負(fù)面影響，如何解決塑料垃圾已成為國際共同面臨的難題，這項(xiàng)新技術(shù)對(duì)于當(dāng)下面臨的“塑料危機(jī)”來說無疑是一項(xiàng)重大突破。

在碳達(dá)峰、碳中和的大背景下，環(huán)保產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)變革為3D打印塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了新發(fā)展機(jī)遇。根據(jù)AMPOWER 的市場研究，2020年全球聚合物(塑料)3D打印的整體市場規(guī)模為51.4億歐元(約402億人民幣)，預(yù)計(jì)2025年包括聚合物3D打印系統(tǒng)、材料及零件生產(chǎn)在內(nèi)的整體塑料3D打印市場規(guī)模將達(dá)105億歐元(約822億人民幣)。

隨著越來越多的發(fā)展中國家禁止進(jìn)口塑料垃圾，歐美國家正在嘗試用3D打印來解決塑料包裝的回收問題。基于3D打印工藝，可以重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化包裝，減少塑料的使用量，也能夠定制一些個(gè)性化的包裝。

另外，由于人工成本比較高昂，歐美國家的塑料包裝品大量都是從發(fā)展中國家進(jìn)口的，而3D打印可以讓他們實(shí)現(xiàn)本土化生產(chǎn)和分散式的生產(chǎn)。基于3D打印技術(shù)，可以直接在工廠部署3D打印機(jī)，或者在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)3D打印服務(wù)中心，輻射一定范圍內(nèi)的工廠，這樣能源可以節(jié)約41%到64%。

結(jié)語

當(dāng)一種產(chǎn)品的原料生產(chǎn)在其對(duì)環(huán)境帶來的影響中所占比重最大時(shí)，選擇正確的材料至關(guān)重要。就塑料的3D打印和制造而言，生物聚合物可能是走向更可持續(xù)發(fā)展模式的第一步。3D打印是對(duì)塑料進(jìn)行再利用，并讓其以新形式重返經(jīng)濟(jì)循環(huán)的一種可行方法，或許能為全球日益嚴(yán)重的“塑料危機(jī)”提供新的解決之道。