Исследовательская группа из Германии создала новую биопасту для 3D-печати на основе лигнина и целлюлозы

Композитные материалы предоставляют бесконечный выбор, независимо от того, происходят ли материалы из природных или синтетических источников. Теперь исследовательская группа, возглавляемая профессором доктором Мари-Пьером Лабори с кафедры лесных биоматериалов Университета Фрайбурга, создала новый биоразлагаемый синтетический материал на основе древесины, который можно превратить в вязкую биопасту для трехмерной печати сложной геометрии. Доказательства их исследования недавно были опубликованы в журналах Applied Bio Materials и Biomacromolecules относительно деталей их нового композита.

Команда, возглавляемая профессором Мари-Пьер Лабори из UCF, объединила лигнин, химическое вещество, придающее прочность стенкам клеток растений, с целлюлозными шариками, чтобы создать новый биосинтетический полимер. Поскольку лигнин бесконечно производится растениями, изобретение команды может представлять собой новый экологически чистый печатный материал для использования в легком строительстве или в промышленности.
Лигнин - это органический полимер, который также использовался в предыдущих исследованиях; например, он был смешан с нейлоном и углеродом для улучшения пригодности для печати, а также с целлюлозой и крахмалом, чтобы действовать как связующий агент. 
Биопаста, использованная для печати этого цилиндра в предыдущих исследованиях, состоит на 50% из лигнина и на 50% из целлюлозы. С самого начала исследователи намеревались разработать материал, который был бы совместим как с 3D-принтерами Direct Ink Writing (DIW), так и с Fused Deposition Modeling (FDM).
В исследованиях, проведенных командой Фрайбурга, лигнин (OSL) был добавлен к гидроксипропилцеллюлозе (HPC), и эффект от добавления лигнина в смесь был значительным. Добавление лигнина значительно улучшило стабильность, что позволило создавать прочные, высокоориентированные, пластичные пленки посредством литья.
Команда из Фрайбурга предложила использовать полифункциональные карбоновые кислоты, известный сшивающий агент для углеводов, для усиления полимера. Было обнаружено, что добавление лигнина к смеси биополимеров делает его менее растворимым или склонным к набуханию. 
Хотя авторы действительно считают свой новый композит лигнина потенциально подходящим для применения в «легких конструкциях», они сообщают, что в первую очередь потребуются дополнительные исследования. В настоящее время они экспериментируют с чистым лигнином, произведенным на экспериментальном заводе по биопереработке в Центре химико-биотехнологических процессов Фраунгофера (CBP) в Лейне, городе на востоке Германии, известном производством химикатов.

Другие исследования полагались на химическую обработку или эксперименты с другими материалами. В некоторых исследованиях использовался лигнин из бука, в то время как в других его извлекали из разных растений, это приводило к различным характеристикам материала.
Дополнительные исследования и 3D-печать проводились с профессором доктором Кристианом Фридрихом и доктором Гопакумаром Сивасанкарапиллаи в Центре исследования материалов Фрайбурга (FMF) Университета Фрайбурга и с доктором Жильберто. Сикейра в Швейцарской федеральной лаборатории испытаний и исследований материалов (EMPA) в Дюбендорфе, Швейцария.
Выводы исследователей подробно описаны в их статье под названием «Лигнин в жидком кристаллическом сетевом материале на биологической основе с потенциалом для прямого написания чернилами», опубликованной в журнале ACS Applied Bio Materials. Соавторами отчета являются Ф. Роберт Глейвиц, Гопакумар Сивасанкарапиллаи, Жилберто Сикейра, Кристиан Фридрих и Мари-Пьер Г. Лабори.