ORNL开发出易于将塑料废物变为3D打印线材的新方法，具有韧性和延展性

南极熊导读，通过使用“点击化学”反应，该种方法能够将废弃的ABS转化为“玻璃体”，这是一种具有热塑性塑料可回收性，和热固性塑料机械特性的聚合物。这种“易于采用”的工艺可以作为“闭环式战略管理”的基础，未来将减少对新塑料的需求，并减少碳排放。

2022年6月18日，南极熊获悉，橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员，提出了一种将废弃塑料转化为熔丝制造(FFF)，3D打印材料的新方法。

△ORNL团队的一员Sungjin Kim使用“vitrimer”进行3D打印

ORNL化学科学部的主要作者Tomonori Saito说：“现在，我们的工作目标是克服持续增长的材料成本与回收再利用。开发出一种更容易利用塑料废物，来制造更有价值的材料的方法。”

应对一次性塑料生产
在论文中，他们预测到2050年，塑料的生产和焚烧将占用全球所有净碳排放量的16%。考虑到这一点，这也是为什么加速开发，一次性聚合物循环替代品的技术背景。

然而，迄今为止，为FFF工艺开发此类材料已被证明是困难的，主要原因是交联热固性材料不兼容。因此，尽管使用该技术的用户，占据了大部分的市场份额。但是，该工艺在可回收再利用领域还有很大的改善空间。

同时，介于ABS的高流动性和快速硬化刚性结构的能力，已被FFF 3D打印用户和制造商广泛采用。所以，该团队将材料的可回收和可替代列为首要攻克对象。

△研究人员的ABS升级循环过程

ORNL的“点击化学”方法
为了将ABS转化为可回收的、可3D打印的FFF玻璃体，研究人员专注于橡胶状丁二烯链段，其中包含可重复使用所需的不饱和双键。通过将二醛和半胱胺（一种传统上掺入眼部和皮肤药物的化合物）添加到这些化学物质中，该团队发现可以对它们进行功能化和转化。

为了测试这种“点击化学”反应的功效，该团队对来自六种不同升级，再循环ABS配方的零件进行3D打印，然后再对它们进行强度测试。初步结果表明，一种“ALD-66”的材料极限拉伸强度为44 MPa，比纯ABS强80%以上。然而，该团队最终选择继续使用“ALD-33”，因为它的韧性和延展性是“理想的无断裂打印”特性。

△vitimer的废物分离过程和使用初始样品制作的一些模型

在量化材料的可回收性时，该团队先后测试了四种样品，然后在连续三个打印周期中压制和重复使用它们。经实验表明，ALD-33测试样品能够始终保持弹性、强度和延展性的方式恢复它们的分子键，而无需任何添加剂。

更重要的是，当溶解时，该材料可以以受控的方式与普通PLA混合，形成具有预定特性的混合物。通过这样做，该团队发现他们能够开发出一种配方，当3D打印蜂窝结构时，可以产生具有“出色压缩性能”的部件。

未来，随着进一步的发展，研究人员表示，他们的方法适用于提高其它，可打印热塑性塑料的可回收性和强度，未来可广泛用于医疗、汽车、机器人或电子等应用。

△更多的研究成果，可在题为“通过动态交联实现再生塑料商品的增材闭环制造”的论文中找到详细说明（点我传送门）

关于该技术的更多研究
桌面3D打印机用户，越来越多地转向可持续的长丝，材料开发商也证实了这种不断增长的需求。Braskem上个月在Rapid+TCT 2022上发布了可持续3D打印线材的长丝，该材料由生物基 EVA、再生聚乙烯 (PE) 和聚丙烯 (PP) 组成。

在其他地方，麻省理工学院(MIT) 的研究人员，提出了一种新的植物衍生复合材料。使用合成塑料和纤维素纳米晶体(CNC)的混合物制成的3D可打印材料，据说具有类似于软体动物壳的结构。