ORNL、プラスチック廃棄物を強靭性と延性を備えた3Dプリントフィラメントに簡単に変える新しい方法を開発

この投稿は Bingdunxiong によって 2022-6-18 09:29 に最後に編集されました

南極クマの紹介: この方法では、「クリックケミストリー」反応を使用することで、廃棄された ABS を、熱可塑性プラスチックのリサイクル性と熱硬化性プラスチックの機械的特性を備えたポリマーである「ガラス」に変換できます。この「簡単に導入できる」プロセスは、将来的に新しいプラスチックの需要を減らし、炭素排出量を削減する「閉ループ戦略的管理」の基礎として機能する可能性があります。

2022年6月18日、アンタークティックベアは、オークリッジ国立研究所（ORNL）の研究者が、廃プラスチックを熱溶解積層法（FFF）3Dプリント材料に変換する新しい方法を提案したことを知りました。

△ORNLチームのメンバーであるキム・ソンジン氏は、3Dプリントに「ビトリマー」を使用している
「私たちの研究は、高騰し続ける材料費とリサイクルの必要性を克服することを目指しています」と、ORNL化学科学部門の主執筆者、斉藤智則氏は述べた。「私たちは、プラスチック廃棄物をより簡単に利用して、より価値のある材料を作る方法を開発しています。」

使い捨てプラスチックの生産への取り組み<br /> 論文では、2050年までにプラスチックの生産と焼却が世界の純炭素排出量の16％を占めると予測されている。これを念頭に置くと、使い捨てポリマーに代わる循環型代替品の開発が加速している技術的背景がわかります。

しかし、FFF プロセス用のこのような材料の開発は、主に架橋熱硬化性材料の非互換性のために、これまでのところ困難であることが判明しています。そのため、この技術を使用しているユーザーにもかかわらず、市場シェアの大部分を占めています。しかし、このプロセスのリサイクルと再利用の分野では、まだ改善の余地が大いにあります。

同時に、ABS は流動性が高く、剛性構造を素早く硬化させる能力があるため、FFF 3D プリントのユーザーやメーカーに広く採用されています。そのため、チームは材料のリサイクル性と代替性を優先しました。

△研究者のABSアップグレードサイクルプロセス
ORNL の「クリックケミストリー」アプローチ<br /> ABS をリサイクル可能で 3D プリント可能な FFF ガラスに変換するために、研究者らは再利用に必要な不飽和二重結合を含むゴム状のブタジエン部分に注目しました。研究チームは、これらの化学物質に、従来から眼科用薬や皮膚用薬に配合されている化合物であるジアルデヒドとシステアミンを加えることで、それらを機能化および変換できることを発見した。

この「クリックケミストリー」反応の有効性をテストするために、チームは6つの異なるアップサイクル、リサイクルABS配合から部品を3Dプリントし、強度をテストしました。予備的な結果によると、ある材料「ALD-66」は極限引張強度が44 MPaで、純粋なABSよりも80%以上強いことが示されています。しかし、チームは最終的に、ALD-33 の強靭性と延性が「破損のない印刷に最適」であるため、ALD-33 の使用を継続することを選択しました。

△Vitimerの廃棄物分別プロセスと初期サンプルを使用して作成されたいくつかのモデル材料のリサイクル性を定量化する際に、チームは4つのサンプルを次々にテストし、3つの連続した印刷サイクルでそれらをプレスして再利用しました。実験により、ALD-33 テストサンプルは、添加物を必要とせずに、常に弾力性、強度、延性を維持しながら分子結合を回復できることが示されました。

さらに、溶解すると、この材料は通常の PLA と制御された方法で混合され、所定の特性を持つ混合物を形成できます。そうすることで、研究チームは、ハニカム構造として3Dプリントすると「優れた圧縮特性」を持つ部品を生産できるレシピを開発できることを発見した。

研究者らは、今後、さらなる開発により、この手法は他の印刷可能な熱可塑性プラスチックのリサイクル性と強度の向上に応用でき、医療、自動車、ロボット工学、電子機器など幅広い用途に使用できる可能性があると述べている。

△研究成果の詳細については、「動的架橋によるリサイクルプラスチック製品の付加的閉ループ製造」という論文で詳しく説明されています（ここをクリックしてポータルに転送してください）
この技術に関するさらなる研究<br /> デスクトップ 3D プリンターのユーザーは持続可能なフィラメントにますます注目しており、材料開発者はこの需要の高まりを確認しています。ブラスケムは先月、Rapid+TCT 2022でバイオベースのEVA、リサイクルポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）から作られた持続可能な3Dプリントフィラメントを発表しました。

一方、マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者らは、新たな植物由来の複合材料を開発した。合成プラスチックとセルロースナノクリスタル（CNC）の混合物を使用して作られたこの3Dプリント可能な素材は、軟体動物の殻に似た構造を持つと言われています。

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