賓夕法尼亞州立大學研究人員開發(fā)可持續(xù)樹脂來替代大幅面3D打印塑料

2023年10月23日，南極熊獲悉，賓夕法尼亞州立大學的農業(yè)和生物工程師團隊宣稱，他們正在研究一種由農業(yè)衍生成分制成的可持續(xù)樹脂材料，該材料有潛力取代目前用于大幅面3D打印的塑料，用于制造家具和船只等物體。

△博士生James Godwin（左）和Kassem Bokhari檢查3D打印的拉伸測試樣本

為了支持他們研究，該團隊獲得了來自美國農業(yè)部國家食品和農業(yè)研究所的資助，總額為65萬美元（約合475萬人民幣），為期三年。這筆資金將用于開發(fā)一種替代品，以取代目前昂貴且高度工程化的樹脂材料，這些樹脂材料是石化衍生成分的混合物。

領導著科學和團隊的工作，農業(yè)學院農業(yè)和生物工程助理教授Stephen Chmely表示："我們項目團隊的長期目標是通過利用木質纖維素生物質（或干植物物質）開發(fā)可持續(xù)的生物產品，從而在經濟上實現(xiàn)低碳生物經濟。該提案旨在創(chuàng)造一種由農業(yè)衍生成分組成的可再生樹脂材料，這是實現(xiàn)我們長期目標的一步。通過立體光刻技術，這種材料將實現(xiàn)大幅面的3D打印�！�

△大幅面3D打印設備示意

開發(fā)可持續(xù)樹脂

研究人員正在致力于將植物源材料，包括木質素和納米纖維素，進行化學轉化，以制造含有這些生物材料和大豆油的可再生立體光刻樹脂。木質素是一種復雜的有機聚合物，存在于許多植物的細胞壁中，賦予它們堅硬的木質特性。而納米纖維素則包含通常由木漿制備的微小顆粒，但也可以由任何植物纖維素來源制備。

Chmely解釋說，納米纖維素屬于一類令人興奮的纖維素材料，其性質和功能與散裝纖維素和木漿不同。因此，研究人員正在探索將其應用于以前認為無法實現(xiàn)的領域。

Chmely表示，該團隊的目標是證明，與現(xiàn)有的商用樹脂相比，新樹脂將具有更高的彈性、韌性和耐熱性。為了評估新材料的性能，研究人員將進行光譜和顯微研究、機械測試以及熱分析。

△這些材料可以用于制造家具和船只等物體

Chmely指出，該團隊在進行這項研究時具有獨特的優(yōu)勢，因為他們隸屬于賓夕法尼亞州立大學的農業(yè)和生物工程系，這使得他們能夠從材料科學、工程與農業(yè)和林業(yè)的交叉領域獨特的視角來探索這項研究。

他說：“我們的團隊在木質素化學、纖維素納米材料和立體光刻3D打印方面擁有豐富的專業(yè)知識。總的來說，這些突破將對增材制造和生物精煉行業(yè)、材料科學和生物質化學領域的學術研究人員，以及為這些工作提供生物質原料的農村社區(qū)產生重大積極影響，因為這些工作的規(guī)模不斷擴大和發(fā)展�！�

農業(yè)和生物工程以及生物倫理學教授Jeffrey Catchmark是該項目的聯(lián)合首席研究員。