光照就能自我修复的3D打印塑料，“塑料危机”或许有新解决之道

导读：十四五”时期，随着“双碳”工作的持续推进，环境治理成为重中之重，再生塑料作为循环领域的重要组成部分，其研发生产备受关注。近日，3D打印领域有了新发现，这次新发现有可能让全球日益严重的“塑料危机”有了新的解决之道。

南极熊获悉，来自新南威尔士大学的工程师们发现，当3D打印材料破裂，只需在打印过程中，向液体树脂中添加“特殊粉末” ，再使用UV LED灯直接照射，便能快速、轻易地帮助材料进行自我修复，而且修复后比损坏前更坚固了。

该团队的研究结果已经发表在《Angewandte化学国际版》杂志上。

论文原文：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202114111

新南威尔士大学团队使用的粉末状添加剂是一种三硫代碳酸盐，被称为可逆加成破碎链转移(RAFT)剂，最初由CSIRO开发。RAFT制剂能够重新排列组成材料的纳米网络元素，并允许破碎的碎片被融合。

当UV LED灯直接照射到破碎的塑料上时，大约30分钟内就会进行修复，大约一个小时后就会完全修复。

包括在3D打印小提琴上进行的实验表明，自修复塑料的强度与原始状态相比已完全恢复。该团队表示，与现有的修复破损3D打印材料的方法相比，他们的系统简单、速度快，商业化是可行的。

“也有其他方法可以做到这一点，但依赖热化学来修复材料，通常需要大约24小时，多次加热循环才能达到相同的结果。”科里根博士说，“另一限制是，需要一个加热到高温的烤箱，而且不能就地修复塑料材料，首先要把它从部件上拆卸下来，这增加了流程复杂性，速度缓慢。”

“有了我们的系统，你可以把破碎的塑料留在原地，然后把光照射到整个部件上。只有材料表面的添加剂受到影响，所以它更容易修复，速度也更快。”

博伊尔教授表示，这项新技术可以会应用于许多领域，目前先进的3D打印材料被用于高科技专业组件。这些产品包括可穿戴电子产品、传感器，甚至还有一些制鞋产品。

这意味着破碎的塑料部件不需要丢弃，甚至不需要回收，即使嵌入包含许多其他材料的部件，也可以简单地修复。与现有的3D打印材料修复破损方法相比，这种方法简单、速度快，商业化是可行的，未来随着进一步的发展和商业化，还将有助于减少化学废物。

塑料的废弃给环境带来了巨大的负面影响，如何解决塑料垃圾已成为国际共同面临的难题，这项新技术对于当下面临的“塑料危机”来说无疑是一项重大突破。

在碳达峰、碳中和的大背景下，环保产业、新技术变革为3D打印塑料产业发展带来了新发展机遇。根据AMPOWER 的市场研究，2020年全球聚合物(塑料)3D打印的整体市场规模为51.4亿欧元(约402亿人民币)，预计2025年包括聚合物3D打印系统、材料及零件生产在内的整体塑料3D打印市场规模将达105亿欧元(约822亿人民币)。

随着越来越多的发展中国家禁止进口塑料垃圾，欧美国家正在尝试用3D打印来解决塑料包装的回收问题。基于3D打印工艺，可以重新设计和优化包装，减少塑料的使用量，也能够定制一些个性化的包装。

另外，由于人工成本比较高昂，欧美国家的塑料包装品大量都是从发展中国家进口的，而3D打印可以让他们实现本土化生产和分散式的生产。基于3D打印技术，可以直接在工厂部署3D打印机，或者在当地建设3D打印服务中心，辐射一定范围内的工厂，这样能源可以节约41%到64%。

结语

当一种产品的原料生产在其对环境带来的影响中所占比重最大时，选择正确的材料至关重要。就塑料的3D打印和制造而言，生物聚合物可能是走向更可持续发展模式的第一步。3D打印是对塑料进行再利用，并让其以新形式重返经济循环的一种可行方法，或许能为全球日益严重的“塑料危机”提供新的解决之道。