研究人員通過SLS技術(shù)制造出可生物降解的PBAT基復(fù)合材料

導(dǎo)讀：由于使用傳統(tǒng)聚合物所產(chǎn)生的嚴(yán)重環(huán)境問題，人們對可生物降解聚合物的興趣日益濃厚，這促使工業(yè)界和學(xué)術(shù)研究人員不斷開發(fā)創(chuàng)新、更可持續(xù)的聚合物材料。

2024年6月10日，南極熊獲悉，來自意大利都靈理工大學(xué)的研究人員利用農(nóng)業(yè)廢棄物填料通過選擇性激光燒結(jié) (SLS) 技術(shù)成功開發(fā)出可生物降解的 PBAT 基復(fù)合材料。該工藝?yán)�用玉米副產(chǎn)品和葡萄酒生產(chǎn)殘渣作為 PBAT 基質(zhì)中的生物填料。

相關(guān)研究以題為“3D printing of PBAT-basedcomposites filled with agro-wastes via selective laser sintering/通過選擇性激光燒結(jié)填充農(nóng)業(yè)廢棄物的 PBAT 基復(fù)合材料的 3D 打印”的論文被發(fā)表在《European Polymer Journal》期刊上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2024.113197

△打印出來的各種 PBAT 基復(fù)合材料。（圖片來源：都靈理工大學(xué)）

在這項研究中，將來自農(nóng)業(yè)廢棄物的生物填料與 PBAT 等可生物降解基質(zhì)結(jié)合使用的優(yōu)勢與增材制造 (AM) 的優(yōu)勢相結(jié)合。具體來說，本研究的創(chuàng)新之處是首次制備完全可生物降解的 PBAT基復(fù)合粉末，用于通過選擇性激光燒結(jié) (SLS) 打印具有復(fù)雜幾何形狀的塊狀樣品。

SLS 被認(rèn)為是聚合物加工領(lǐng)域較有前景的一項增材制造技術(shù)，因為它可以保證獲得高幾何精度和表面質(zhì)量的零件，并實現(xiàn)具有良好復(fù)雜性和靈活性的零件，而無需支撐結(jié)構(gòu)或后處理。

PBAT 基質(zhì)復(fù)合粉末是通過將乳液溶劑工藝獲得的球形顆粒與來自食品農(nóng)業(yè)廢棄物的兩種不同生物填料混合而制備的：玉米副產(chǎn)品和來自葡萄酒生產(chǎn)的填料。

△用于生物基復(fù)合材料制備的純PBAT粉末（a）、玉米廢料GTF（b）和葡萄酒廢料WPL-DH（c）的形態(tài)。

研究人員首先采用乳液溶劑工藝制備 PBAT 基復(fù)合粉末，獲得適用于 SLS 的球形顆粒。復(fù)合材料在打印時表現(xiàn)出良好的尺寸精度和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。采用 TGA、DSC、SEM 和 DMA 等表征方法評估復(fù)合材料的熱性能、形態(tài)性能和機械性能。

將生物填料引入 PBAT 可降低材料成本并保持生物降解性。生物基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性增加，并且易于加工，尺寸定義和孔隙率良好。

這項研究證明了在可生物降解聚合物中使用農(nóng)業(yè)廢棄物填料進(jìn)行增材制造的潛力。這種方法提供了一種經(jīng)濟高效且可持續(xù)的傳統(tǒng)聚合物材料替代品。這項研究可能在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中特別有益。