3D打印生物复合材料有助于减少海洋塑料污染

导读：海洋中塑料垃圾的处理一直以来都是环境保护领域的重要研究。几十年来，海洋环境一直受到化石聚合物（绝大多数塑料产品）降解的影响，这些聚合物通过洋流流动积聚在海滩、海洋甚至北极海冰上。为了扭转局面，生物基聚合物复合材料应运而生。这种化石资源的合适替代品可以满足对海洋复合材料不断增长的需求。



SeaBioComp
研究这些复合材料的是一个名为SeaBioComp的欧洲项目。为了减少塑料对生态环境的影响，制造能够承受长期恶劣海洋环境的可再生材料成为了一项挑战，SeaBioComp 开发了一种亚麻基热塑性生物复合材料。该项目已经3D打印了几个初始原型产品，包括挡泥板和其他结构。研究表明，由生物聚合物和生物复合材料等天然原料制成的聚合物和复合材料被视为化石聚合物的潜在替代品，但对环境的影响较小，例如微塑料的形成。


△用于海事应用的一系列 SeaBioComp 演示产品。图片由 SeaBioComp 提供。

SeaBioComp 在欧盟的Interreg 2 Seas计划的共同资助下，自2019年以来一直积极寻求为海洋环境创造一种耐用的生物基复合材料，预算为410万欧元（420 万美元）。超过一半的资金来自欧洲区域发展基金（ERDF），该基金已经资助了该地区其他与3D打印相关的项目，包括葡萄牙首个用于高性能和大尺寸金属 3D 打印的机器人。在比利时纺织研究机构Centexbel的领导下，SeaBioComp 还在进行分析工作，以评估其材料的长期耐久性，以减少对海洋环境的生态影响。

生物复合材料
首先，该项目创造了一种自增强聚丙交酯（PLA）复合材料，该复合材料已制成适合压缩成型的各种无纺布和机织布。其次，该团队开发了一种新型亚麻增强 PLA 或丙烯酸 (PMMA) 增强复合材料，可通过柔性模具 (RIFT) 制造工艺下的树脂灌注、压缩成型和增材制造使用。

在对 SeaBioComp 开发的各种生物复合材料的机械性能进行广泛测试后，研究人员和专家得出结论，这些材料接近并且在某些情况下比传统的非生物基复合材料性能更好，例如片状模塑复合材料 (SMC)目前能够在海洋环境中使用。新型生物基产品已被证明使用与传统产品相同的压缩成型条件，同时工艺周期时间可以更短。

此外，该项目还以创造有助于减少对海洋环境影响的产品为目标，早期研究确定亚麻是最适合用作生物复合材料增强材料的天然植物纤维。亚麻在生长过程中吸收大量二氧化碳，并通过植物修复清洁土壤。这种使用植物提取，去除污染物的方法可以降低其在土壤中的生物利用度。

为了应对全球海洋污染源，SeaBioComp 的团队将热塑性聚合物、天然纤维和 3D 打印技术结合起来。除了挡泥板和其他结构外，SeaBioComp 还使用大规模增材制造技术来制造其他半工业产品，包括船泵和顶盖。

3D打印生物复合材料
2020年，SeaBioComp 透露，它依靠荷兰的工业制造商Poly Products的 FDM 打印机对生物符合材料进行了复杂结构的3D打印。


△SeaBioComp 使用 CEAD FDM 打印机演示了生物基热塑性复合材料在各种海事应用中的使用。图片由 CEAD 提供。

除了新材料的生态效益外，SeaBioComp 还认为 3D 打印是一种生态高效的制造工艺。与传统产品制造相比：

●生物聚合物的3D打印具有很大的生态效率，因为它不需要模具，几乎没有生产浪费。

●它与项目开发的可持续材料兼容，并且 3D 打印产品在其使用寿命结束后可以回收利用。