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论研发用于3D打印的可降解生物工程PHA材料的必要性

来源:原创

发布时间:2020-05-22 14:41:52

点击量:312

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      aau讯(编辑 彬彬)近日,知名生物学教授Jackie Anderson就当今阻碍3D打印行业发展的难点之一“3D打印材料”发表了评论。随着软件、硬件和不同类型塑料材料的不断创新,用户的选择也在不断增加。


  在“可降解生物工程PHA材料”方面,Anderson探讨了废弃塑料材料的问题,以及使用更环保的材料作为3D打印线材的必要性。


  虽然其他塑料材料{如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)}经常用于3D打印,但生物材料{如聚乳酸(PLA)}因其可降解能力而广受用户欢迎。目前,在3D打印材料领域,还有其他更具优势的可降解材料;事实上,通过先前的研究表明,其他生物材料{如聚羟基脂肪酸盐(PHA)}可以在1.2到2.4个月内降解。对此,Anderson提醒道,塑料材料可能需要几百到几千年的时间才能降解,这对自然界是一种损害。



     Anderson说:“塑料是一种有毒污染物,会对许多不同的物种和环境造成大范围的损害,我们必须找到解决办法,以减少这种影响。”


  从海洋应用到医疗植入物到制造业,生物材料如今被用于许多不同的项目。生物材料由蔬菜、食品副产品或微生物制成,在环境上更有优势。它们通常也被用于制作包装、餐具、吸管甚至渔网等物品。


  在使用诸如PLA等人造塑料时,可生物降解性是一个优势,但打印零件可能需要数年才能分解:


     Anderson说:“这使得它在用于需要打印高生物降解率的产品时成为一种不受欢迎的材料。”。


     对于新手用户来说,PHA整体知名度不高。虽然这种材料的生物降解速度更快,但价格更高,普通消费者无法负担打印成本。因此,Anderson指出,这种材料在更大范围内使用时往往具有挑战性。与其他生物材料相比,PHA也存在缺点,如强度低、柔韧性差、熔融性能差。然而,将其添加到其他材料(例如PLA)中可能会有所改善。


     Anderson说:“还有其他类似的PHA混合物被设计用于类似目的,也显示出巨大的商业应用潜力,但还需要对不同的PHA混合物进行更多的研究,以扩大这一潜力。”。


  基于藻类生物聚合物,虽然仍被认为是一种新型材料,但由于它们是自然产生的,且易于生物降解,因此类似于PHA。除了用作3D打印材料外,海藻塑料还用于制作薄膜、餐具和塑料袋。


  “藻类材料只是众多正在开发和研究的新型生物材料之一,旨在帮助减少塑料污染。”Anderson解释说:“这些产品的销售量正在逐步扩大,如果大规模使用,将有助于减少塑料污染。”


  尽管如此,PLA目前仍然是3D打印行业的“宠儿”,因为它的可负担性、生产效率以及一定程度的生物降解性:


     Anderson说:“如果将PLA的材料丢弃到垃圾填埋场或自然环境中,它们需要几年时间才能降解,仍然会造成像普通塑料那样的污染。”


  “对于有些公司声称PLA可以在大约40-90天内降解,这是一种欺骗行为。因为材料如果不在受控实验室环境中,情况就不是这样了(PLA,2019)。PLA只能在特定的工业堆肥条件下(温度在55-70度或以上)才能有效降解。”


  使用PHA和PLA制造一种复合材料以获得更高的强度和生物降解性,这可能是一个很好的解决方案,使用户可以同时获得这两种材料具备的优势。


      对此,Anderson总结道:“虽然这些材料都有各自的缺点,但它们可以以不同的比例混合在一起,形成一种理想的新材料,其中每一种都有其优势。”。


   “这些新的混合物材料可以用于广泛的应用,从食品包装到3D打印线材。生物材料无法完全解决塑料垃圾危机,但它们可以在一定程度上减少未来塑料使用造成的污染,并有助于减少人类对环境造成的损害。”





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