研究人员在Oak Ridge National Laboratory（ORNL）提出了一种新颖的方式，将丢弃的塑料变成融合丝制造（FFF）3D打印材料。
使用“单击化学”反应，科学家的方法使废物腹肌可以变成“玻璃二聚体”，这是一种具有热塑性和热塑料的可回收性和热固性机械品质的聚合物。该团队认为，这个“容易采用的”过程可以作为引入“闭环战略”的基础，从而减少了对新塑料的需求，并减少了与其生产有关的排放。
Ornl化学科学司的主要作者Tomonori Saito说：“我们将需要基本发现来克服成本增加和与回收相关的材料的挑战。”“我们的目标是制定一种易于采用的策略，该策略将塑料废物重新创建更有价值的材料，而不是产生新鲜的塑料。”
解决一次性塑料生产
In the researchers’ paper, they highlight how the production and incineration of plastics is set to be responsible for 16% of all global net carbon emissions by 2050. With this in mind, they say the development of circular alternatives to single-use polymers is set to be crucial to the realization of net-zero manufacturing, and tackling global climate challenges.
但是，到目前为止，为FFF 3D打印开发此类材料已被证明很困难，因为它们需要挤出和可打印，这通常会使交联的热固体交联不相容。结果，尽管该技术的用户构成了大部分市场，但他们仍将错过了热瑟氧基（例如环氧树脂）的机械化学特性，并且不得不解决非回收的丝。
话虽这么说，ABS的高流动性和快速硬化成刚性结构的能力已被FFF 3D打印用户和制造商所采用。鉴于材料和挤出技术的普及，ORNL科学家已将它们确定为可持续闭环工艺的理想基础，能够作为一次性聚合物生产的替代方法。
“ABS is one of the most widely used FFF-printable polymers with wide-ranging applications,” explain the team in their paper. “If discarded, commodity thermoplastics like ABS can be upcycled into materials with enhanced mechanical-chemical properties and (re)printability in desired 3D structures, such a strategy can epitomize transformative manufacturing toward better sustainability.”
ORNL’s ‘click chemistry’ approach
In order to transform ABS into a recyclable, FFF 3D printable vitrimer, the researchers focused on its rubbery butadiene segments, which contain the unsaturated double bonds needed to make it reusable. By adding a combination of dialdehyde and cysteamine, a compound traditionally incorporated into eye and skin medications, to these chemicals, the team found it possible to functionalize and convert them.
为了测试这种“点击化学”反应的功效，科学家决定从六个不同的升级腹肌配方中进行3D打印零件，然后才能通过强度测试。最初的结果表明，一种材料“ ALD-66”的终极拉伸为44 MPa，使其比整洁的ABS强80％以上。但是，由于其韧性和延展性，该团队最终选择了“ ALD-33”，因此“对于无裂缝的印刷都是理想的”。
When it came to quantifying their material’s recyclability, the ORNL engineers then deployed it to produce four samples, before repressing and reusing them for three successive print cycles. Interestingly, once they’d been through this, the ALD-33 samples were able to recover their molecular bonds in a way that saw them retain their elasticity, strength and ductility, without the need for any additives.
更重要的是，当溶解后，材料可以与正常的PLA以受控的方式混合，以形成具有预定特性的混合物。通过这样做，科学家们发现他们能够开发出一种表述，当3D印刷到蜂窝结构中时，产生了具有“出色压缩特性”的部分，类似于甲虫的前列。
随着进一步的发展，研究人员表示，他们的方法可用于改善其他可打印热塑性塑料的可回收性和强度，从而为它们提供医疗，汽车，机器人或电子应用程序。
ORNL的博士后研究员Sungjin Kim补充说：“这种方法非常通用。”“恢复的升级ABS可以一次又一次地重复使用，以使FFF最少，而性质损失最小。它也可以与混合和标准ABS结合，直接将其作为混合物印刷。”
“This effort demonstrates a closed-loop for manufacturing plastic items, potentially with higher value and performance, using only existing plastic waste.”
制定可持续细丝
As is the case in the wider manufacturing world, desktop 3D printer users are increasingly turning towards more sustainable filaments, and the portfolios of material developers are starting to reflect this growing demand.Braskem发布了它first sustainable 3D printing filament linelast month at快速+TCT 2022由基于生物的EVA组成，再生聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。
同样，在今年南部西南创新奖，UBQ材料在投机设计类别中被认可waste-based 3D printing material。“气候阳性”热塑性塑料旨在使碳足迹减少的复杂零件的添加剂制造。雷电竞充值
Elsewhere, on a more experimental level, researchers at the麻省理工学院（麻省理工学院）提出了新型植物衍生的复合材料。使用合成塑料和纤维素纳米晶体（CNC）的混合物创建，据说3D可打印材料具有类似于软体动物壳的结构。
研究人员的发现在其论文中详细介绍了“通过动态交联的闭环添加剂雷电竞充值制造。”这项研究由Sungjin Kim，Anisur Rahman，Arifuzzaman，Dustin B. Gilmer，Bingrui Li，Jackson K. Wilt，Edgar Lara-Curzio和Tomonori Saito合着。
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Featured image shows ORNL’s Sungjin Kim 3D printing using a ‘vitrimer.’ Photo via Genevieve Martin/ORNL, U.S. Dept. of Energy.
