Дослідницька група з Німеччини створила нову біопасту для 3D-друку на основі лігніну та целюлози

Композитні матеріали пропонують нескінченний вибір, незалежно від того, чи виготовляються матеріали з природних або синтетичних джерел. Тепер дослідницька група, очолювана професором доктором Марі-П'єром Лабора з кафедри лісових біоматеріалів Університету Фрайбурга, створила новий біорозкладаючий синтетичний матеріал на основі деревини, який можна перетворити на в'язку біопасту для тривимірного друку складної геометрії. Докази їх дослідження нещодавно були опубліковані в журналах Applied Bio Materials і Biomacromolecules щодо деталей їх нового композиту.

Команда, очолювана професором Марі-П'єр Лабора з UCF, об'єднала лігнін, хімічну речовину, що додає міцності стінкам клітин рослин, з целюлозними кульками, щоб створити новий біосинтетичний полімер. Оскільки лігнін нескінченно виробляється рослинами, винахід команди може стати новим екологічно чистим друкованим матеріалом для використання в легкому будівництві або в промисловості.
Лігнін - це органічний полімер, який також використовувався в попередніх дослідженнях; наприклад, він був змішаний з нейлоном і вуглецем для поліпшення придатності для друку, а також з целюлозою і крохмалем, щоб діяти як сполучний агент.
Біопаста, використана для друку цього циліндра в попередніх дослідженнях, складається на 50% з лігніну і на 50% з целюлози. З самого початку дослідники мали намір розробити матеріал, який був би сумісним як з 3D-принтерами Direct Ink Writing (DIW), так і з Fused Deposition Modeling (FDM).
У дослідженнях, проведених командою Фрайбурга, органосольвний лігнін (OSL) був доданий до гідроксипропілцелюлози (HPC), і ефект від додавання лігніну в суміш був значним. Додавання лігніну значно поліпшило стабільність, що дозволило створювати міцні, високоорієнтовані, пластичні плівки за допомогою лиття.
Команда з Фрайбурга запропонувала використовувати поліфункціональні карбонові кислоти, відомий зшиваючий агент для вуглеводів, для посилення полімеру. Було виявлено, що додавання лігніну до суміші біополімерів робить його менш розчинним або схильним до набухання.
Хоча автори дійсно вважають свій новий композит лігніну потенційно вдалим для застосування в «легких конструкціях», вони повідомляють, що в першу чергу будуть потрібні додаткові дослідження. Нині вони експериментують з чистим лігніном, виробленим на експериментальному заводі з біопереробки в Центрі хіміко-біотехнологічних процесів Фраунгофера (CBP) в Лейні, місті на сході Німеччини, відомому виробництвом хімікатів.

Інші дослідження покладалися на хімічну обробку або експерименти з іншими матеріалами. У деяких дослідженнях використовувався лігнін з бука, в той час як в інших його видобували з різних рослин, це призводило до зміни різних характеристик матеріалу.
Додаткові дослідження 3D-друку проводилися з професором доктором Крістіаном Фрідріхом і доктором Гопакумаром Сівасанкарапіллаі в Центрі дослідження матеріалів Фрайбурга (FMF) Університету Фрайбурга і з доктором Жильберто. Сікейра в Швейцарській федеральній лабораторії випробувань і досліджень матеріалів (EMPA) в Дюбендорфі, Швейцарія.
Висновки дослідників детально описані в їхній статті під назвою «Лігнін в рідкому кристалічному мережевому матеріалі на біологічній основі з потенціалом для прямого написання чорнилом», опублікованій в журналі ACS Applied Bio Materials. Співавторами звіту є Ф. Роберт Глейвіц, Гопакумар Сівасанкарапіллаі, Жілберто Сікейра, Крістіан Фрідріх і Марі-П'єр Г. Лабора.