【生物质快讯】生物基3D打印材料最新成果速览
耐热且具有光活性的生物基聚丙烯酸酯材料的绿色合成方法
利用脂肪族生物质原料制备用于3D打印的生物基耐热光活性聚丙烯酸酯材料对高分子领域的可持续发展具有重大意义。
最近，福建物质结构所的研究团队以可再生的甲基丙烯酸缩水甘油酯和琥珀酸或衣康酸为原料，通过一步法在无溶剂条件下合成了两种具有两种官团能或三种官能团的全生物基丙烯酸酯单体(BHMP2和BHMP3)。这两种高分子单体利用数字光处理(DLP) 无稀释剂3D打印技术进行固化，并对固化过程和得到的高分子材料进行了系统性的研究。
作者发现以BHMP3为原料制备的树脂材料了具有良好热性质和机械性质的高分子材料。其中，在0.455 MPa下其玻璃化转变温度(动态力学分析)和热变形温度分别达到183℃和250℃以上，其抗拉强度、模量(通用材料试验机测得)和硬度(纳米压头测得)分别高达45.2 MPa、4480 MPa和0.49 GPa。作者通过表征发现紧密的交联结构是BHMP3合成后的树脂性能优异的主要原因。
这项工作开创了一种从可再生的价格低廉的脂肪族生物质原料制备耐热且具有光活性并可用于光固化3D打印的聚丙烯酸酯材料的绿色合成方法。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.0c02168
从农业废弃物制备3D打印高分子材料
虽然半纤维素是自然界中除纤维素外含量最丰富的生物高分子材料，但相对于其他生物质材料，半纤维素的利用价值一直被低估。特别是在3D打印领域，只有极少数关于它的衍生物的应用的例子。另一方面，纤维素虽然广泛应用于3D打印等领域，但往往以纤维素衍生物或纳米纤维素的形式进行利用，利用过程中需要大量的化学修饰和打印后的后处理工艺。这对它的大规模工业利用带来了巨大的成本负担。
因此，如果能够以半纤维素这种丰富的、可再生的、可降解的天然聚合物为原料，在不需要化学修饰或与其他聚合物混合的情况下直接应用于3D打印，一定能引起工业界的高度关注。
在此背景下，来自土耳其中东技术大学的研究团队以农业废料(玉米芯)中提取的半纤维素聚合物为原料，没有任何化学修饰或与其他聚合物混合，首次实现了在3D打印中的应用。考虑到其含水量、打印温度和挤压倍增器的限制，半纤维素浆料的3D打印仅可以在非常窄的窗口内实现。
研究发现，即使是浆料含水量的微小变化也会影响聚合物的3D打印性，这主要受浆料粘度的影响。为了展示所开发的打印工艺在生物医学上的潜在应用，这一研究团队仅用半纤维素聚合物便不使用任何化学修饰或使用任何打印后工艺成功打印了一个支架原型。尽管3D打印后的材料其力学性能不如溶剂浇铸或挤压方法生产的材料，但这一成果足以显现半纤维素聚合物作为3D打印材料，在所开发工艺的潜在应用价值。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsapm.0c00256
三维可编程、可重构、可回收的生物质制动器
尽管智能制动器领域正在不断蓬勃发展，但如何设计出具有三维可编程性、可重构性和可回收性的机械稳健的软制动器构仍然是一个巨大的挑战。最近，四川大学的研究团队充分利用生物衍生的天然聚合物，通过巧妙的微观结构设计，制造出集以上所有特点为一体的生物质软制动器(BioSA)。该生物质软制动器由一个相互连接的逆蛋白石型海藻酸钠(NaAlg)骨架和连续的环氧化天然橡胶(ENR)基质组成，界面上具有可交换的β-羟基键。
NaAlg骨架的亲水性和相互交联的结构赋予了这种生物质制动器极高的湿度响应和强大的机械性能。同时，β-羟基酯连结键的动态特性使设计具有可重构性和可回收性的复杂三维结构软制动器成为可能。由于ENR和NaAlg都来自于天然生物质原料，而且基于水的制造工艺极其简单和环保，这项工作为制造具有强大机械性能和可持续性的三维可编程智能致动器提供了一种新的策略。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c02722
生物基聚碳酸酯3D打印材料的制备及其在室内家居制造业中的潜在应用
最近，来自韩国工业技术研究所的研究团队利用所开发的生物基聚合物-生物基聚碳酸酯(bio PC)，展示了其在丝状原料挤压和挤压式3D打印技术中的加工性能。在一系列最佳工艺条件下，印刷出的生物基聚碳酸酯产品与其他商业聚合物相比，具有优越的抗拉强度。通过测量3D打印过程中的危险物的排放，作者还证实了这一热塑性工艺的环保特性。
最后，考虑到家居消费品的灭菌过程，他们还测试了生物质聚碳酸酯材料的耐热性和抗紫外性。
总的来说，生物基聚碳酸酯材料良好的3D打印性，低气体和颗粒排放性，以及良好的耐久性，表明其在各种消费产品及室内家居制造业方面具有巨大的应用潜力。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860419309285