Целюлозу і лігнін перетворили на матеріал для 3D-друку

Німецькі і швейцарські вчені розробили матеріал для 3D-друку і відливки в форму, заснований на суміші компонентів деревини - целюлози і лігніна. Такий склад дозволяє домогтися заданих анізотропних властивостей надрукованих об'єктів, а також потенційно використовувати для створення матеріалу відходи паперового виробництва або перероблену макулатуру, розповідають автори статті в.

Целюлоза і лігнін - це два найпоширеніших біополімери на Землі. Крім поширеності і, отже, низької вартості, вони привабливі для вчених своїми властивостями і тим, як ці властивості проявляються в деревині: надають їй високу міцність при низькій щільності і теплопровідності. Чимало матеріалознавців розробляють методи «перезбирання» целюлози або її суміші з лігнином у нові композити, але зазвичай цим методи не пристосовані для аддитивного виробництва об'єктів довільної форми.

Марі-П'єр Лаборьє (Marie-Pierre G. Laborie) та її колеги з Фрайбурзького університету і Швейцарського федерального дослідницького інституту матеріалознавства і технологій розробили новий біосостав на основі целюлози і лігніну, який можна використовувати для створення анізотропних матеріалів і 3D-друку.

Два основні компоненти суміші - це гідроксипропілцелюлоза, похідне від целюлози, і буковий лігнін, отриманий в результаті органосольвной варки при створенні паперу. Дослідники розчинили їх у суміші оцтової кислоти і деіонізованої води у співвідношенні целюлози до лігнину чотири до одного. Самої по собі суміші недостатньо, щоб отримати з неї єдиний матеріал, тому також вчені додали до неї агент, який за допомогою етерифікації пов'язує молекули двох біополімерів через їхні гідроксильні групи. Вони створили кілька різних варіантів складу з різною речовиною-зв'язковим агентом: лимонною кислотою, гліцерином або димерною жирною кислотою, відомою як Pripol 1017.

Вчені створили з різних сумішей плоскі зразки з анізотропною структурою. Її вони отримали за допомогою потоку розчину, завдяки якому під час ствердування частинки залишаються орієнтованими вздовж напрямку потоку. Також вони показали, що матеріал можна використовувати для 3D-друку. Для цього вони створили окремий варіант складу з масовим співвідношенням целюлози і лігнину три до одного, а також лимонною кислотою і Pripol 1017 в якості сполучних агентів. З його допомогою вони надрукували кілька решіток і циліндрів.

В одному з експериментів автори показали, що через анізотропну внутрішню структуру при намоканні і висушуванні платівки згортаються і розвертаються в заздалегідь відомому напрямку. Також їм вдалося відтворити схожий ефект у 3D-друкованих об'єктах.

Целюлозу використовують і для створення інших об'єктів або матеріалів з високими характеристиками. Наприклад, фінські вчені минулого року зробили з неї оптоволокно, а шведські змішали її з павучим білком і навчилися створювати з цієї суміші штучну павутину.