宾夕法尼亚州立大学研究人员开发可持续树脂来替代大幅面3D打印塑料

2023年10月23日，南极熊获悉，宾夕法尼亚州立大学的农业和生物工程师团队宣称，他们正在研究一种由农业衍生成分制成的可持续树脂材料，该材料有潜力取代目前用于大幅面3D打印的塑料，用于制造家具和船只等物体。

△博士生James Godwin（左）和Kassem Bokhari检查3D打印的拉伸测试样本

为了支持他们研究，该团队获得了来自美国农业部国家食品和农业研究所的资助，总额为65万美元（约合475万人民币），为期三年。这笔资金将用于开发一种替代品，以取代目前昂贵且高度工程化的树脂材料，这些树脂材料是石化衍生成分的混合物。

领导着科学和团队的工作，农业学院农业和生物工程助理教授Stephen Chmely表示："我们项目团队的长期目标是通过利用木质纤维素生物质（或干植物物质）开发可持续的生物产品，从而在经济上实现低碳生物经济。该提案旨在创造一种由农业衍生成分组成的可再生树脂材料，这是实现我们长期目标的一步。通过立体光刻技术，这种材料将实现大幅面的3D打印。”

△大幅面3D打印设备示意

开发可持续树脂

研究人员正在致力于将植物源材料，包括木质素和纳米纤维素，进行化学转化，以制造含有这些生物材料和大豆油的可再生立体光刻树脂。木质素是一种复杂的有机聚合物，存在于许多植物的细胞壁中，赋予它们坚硬的木质特性。而纳米纤维素则包含通常由木浆制备的微小颗粒，但也可以由任何植物纤维素来源制备。

Chmely解释说，纳米纤维素属于一类令人兴奋的纤维素材料，其性质和功能与散装纤维素和木浆不同。因此，研究人员正在探索将其应用于以前认为无法实现的领域。

Chmely表示，该团队的目标是证明，与现有的商用树脂相比，新树脂将具有更高的弹性、韧性和耐热性。为了评估新材料的性能，研究人员将进行光谱和显微研究、机械测试以及热分析。

△这些材料可以用于制造家具和船只等物体

Chmely指出，该团队在进行这项研究时具有独特的优势，因为他们隶属于宾夕法尼亚州立大学的农业和生物工程系，这使得他们能够从材料科学、工程与农业和林业的交叉领域独特的视角来探索这项研究。

他说：“我们的团队在木质素化学、纤维素纳米材料和立体光刻3D打印方面拥有丰富的专业知识。总的来说，这些突破将对增材制造和生物精炼行业、材料科学和生物质化学领域的学术研究人员，以及为这些工作提供生物质原料的农村社区产生重大积极影响，因为这些工作的规模不断扩大和发展。”

农业和生物工程以及生物伦理学教授Jeffrey Catchmark是该项目的联合首席研究员。