导读：天然水凝胶具有高生物相容性和生物降解性以及低毒性。目前，3D 打印工艺严重依赖不可生物降解的合成材料，并且基于化石燃料树脂。这主要是因为许多现有的天然水凝胶的机械性能非常差，这使得它们难以用于光聚合3D打印。因此研究人员一直在尝试开发具有更理想特性的天然水凝胶，这可能有助于使3D打印在全球范围内更具可持续性。
2022年6月，南极熊获悉，来自Politecnico di Torino的研究人员最近研发出了了基于天然和环保材料的新型复合水凝胶墨水，可用于3D打印物体。他们的研究内容已经发表在《可持续材料与技术》中，下面跟随南极熊一起看下去吧！
研究人员再文章中介绍了可用于数字光处理（DLP）3D打印的天然复合水凝胶油墨的开发过程，该油墨完全由纤维素基材料组成。众所周知，DLP能够通过光聚合原理生产复杂的结构，这是一种相对环保的制造方法，但它仍然使用化学品。为了更环保的生产，需要研究天然油墨，以实现完全环保的制造过程。研究人员将来自油棕榈空果束的生物废料来源的纤维素纳米晶体（NCs）添加到丙烯酸-羧甲基纤维素（mCMC）水凝胶中，以产生混合聚合物网络。 研究表明，添加这种填料不会影响配方的光固化性能，同时通过改善机械性能提高其可打印性，即使水的含量很高（97wt%）。此外，可打印的水凝胶具有可控的膨胀和pH值敏感性。使用具有设计特性和复杂几何形状的全天然衍生材料可以在许多领域打开进一步的前景，如传感器、生物医学和软机器人。
△3D打印水凝胶
研究主要内容概述
研究人员以甲基丙烯酸羧基甲基纤维素为基础，用从生物废料中提取纤维素纳米晶体对其进行强化，这些纤维素纳米晶体分为在原始状态使用和表面甲基丙烯酸化后使用。 研究人员证明了在纤维素强化物存在的情况下，光诱导的聚合会有小的延迟。但所有开发的油墨结果都适用于光聚合3D打印。两种纳米复合水凝胶都可通过DLP进行3D打印的，表明染料的存在对于提高结构的分辨率是必要的。与纯水凝胶相比，两种纳米复合材料都显示出更好的机械性能，同时由于添加了NCs，吸水率降低。此外，所有的油墨都显示出pH值的敏感性。据观察，甲基丙烯酸填料增强了对紫外线辐射的反应性，并导致了高的刚性和交联密度，但引起了膨胀度的下降。含有原始纤维素纳米晶体的试样反而具有更高的膨胀度和抗压强度。
△材料膨胀度对比
总结与展望
据预测，3D打印将对工业产生巨大的影响，预计在2026年市场将增长到52亿美元。由于其应用的不断扩大，提高3D打印的生态可持续性是非常重要的，实际上，与传统工艺相比，3D打印工艺造成的环境影响已经减少了70%。然而，3D打印使用的材料仍然主要基于化学品，特别是在光聚合3D打印中。在这项工作中，纤维素NCs是通过EFB废料提取的，同样的方法也可以应用于一些替代的农业废料。由于供应方便、价格低廉和可持续的特点，纤维素及其衍生物和纳米形式显示出巨大的增长潜力，与3D打印相结合，它们可以为电子、组织工程和制药等不同领域的按需制造提供生态可持续的创新途径。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.susmat.2022.e00444
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