Ученые Университета штата Вашингтон (WSU) исследовали метод химической переработки полилактида, позволяющий преобразовывать мусор из широко используемого в FDM 3D-печати термопласта в фотополимер — расходный материал для стереолитографических 3D-принтеров. Исследователи утверждают, что метод недорог и может быть применен в промышленных масштабах.

Полилактид — один из наиболее популярных материалов в FDM 3D-печати по нескольким причинам: он относительно дешев, прост в работе, нетоксичен в чистом виде и экологичен ввиду биоразлагаемости. В то же время биоразлагаемость полилактида — понятие условное, так как обычное компостирование может занимать десятки лет, в зависимости от климатических условий. Промышленное компостирование — значительно более быстрый процесс, однако он требует постоянного нагревания с вытекающими энергозатратами и необходимостью в дорогом оборудовании с ограниченной производительностью. Пластиковый мусор можно переплавить обратно в филамент, но это ведет к деградации материала и требует добавления свежего сырья для компенсации потерь в плане физико-механических свойств.

Исследователи из Университета штата Вашингтон предложили альтернативный вариант переработки полилактида посредством аминолиза без использования катализаторов. Процесс предусматривает разрушение полимерных цепочек с помощью недорогого этаноламина, а затем использование полученных мономеров в изготовлении фотополимерной смолы — расходного материала уже для стереолитографических 3D-принтеров.

«Мы нашли способ превращения полилактида в нечто более прочное и эффективное в надежде, что этот даст людям стимул перерабатывать отходы, а не просто выбрасывать. Полилактид биоразлагаем, он поддается компостированию, но для полного разложения на свалке может потребоваться до ста лет. На самом деле это только усугубляет загрязнение окружающей среды. Мы же хотим сделать так, чтобы когда производство полилактида вырастет до миллионов тонн в год, мы уже знали что делать с отходами. Если вы хотите перестроить замок из конструктора LEGO в машинку, его сначала нужно разобрать на отдельные блоки. Мы сделали то же самое: этаноламин разбивает ПЛА на мономеры, а мономеры затем можно использовать как угодно, например полимеризовать во что-то более прочное», — поясняет один из авторов исследования, научный сотрудник кафедры машиностроения и материаловедения Юй-Чхун Чхан.

Ученые утверждают, что полученные фотополимерные смолы не уступают, а по некоторым показателям даже превосходят коммерческие аналоги под такими брендами, как Anycubic и Monoprice. Модуль Юнга, в частности, достигает 2,8 ГПа — примерно в два раза выше, чем у контрольных образцов, предел прочности на разрыв достигает 58,6 МПа, а температура стеклования — порядка 180°С. Авторы исследования уже оформили заявку на патент. С докладом научной команды можно ознакомиться в журнале Green Chemistry.

Источник