光の下で自己修復できる3Dプリントプラスチックは、「プラスチック危機」に対する新たな解決策となるかもしれない

はじめに：第14次5カ年計画期間中、「デュアルカーボン」作業の継続的な推進に伴い、環境ガバナンスは最優先課題となり、リサイクル分野の重要な部分として、再生プラスチックの研究開発と生産は大きな注目を集めています。最近、3Dプリント分野で新たな発見があり、世界でますます深刻化する「プラスチック危機」に新たな解決策を提供できる可能性があります。

アンタークティック・ベアは、ニューサウスウェールズ大学のエンジニアが、3Dプリントされた材料が破損した場合、印刷プロセス中に液体樹脂に「特殊な粉末」を追加し、UV LEDライトを使用して直接照射するだけで、材料が迅速かつ簡単に自己修復し、修復された材料が損傷前よりも強くなることを発見したことを知りました。

研究チームの研究結果は、学術誌「Angewandte Chemie International Edition」に掲載された。

原著論文: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202114111

UNSW チームが使用した粉末添加剤は、もともと CSIRO によって開発された、可逆的付加フラグメンテーション連鎖移動 (RAFT) 剤として知られるトリチオカーボネートです。 RAFT 配合により、材料を構成するナノネットワークの要素を再配置し、破片を融合できるようになります。

破損したプラスチックに UV LED ライトを当てると、約 30 分で修復が完了し、約 1 時間で完全に修復されます。

3Dプリントされたバイオリンで行われた実験を含む実験では、自己修復プラスチックの強度が元の状態に比べて完全に回復したことが示されました。研究チームによれば、このシステムは、損傷した3Dプリント材料を修復する既存の方法に比べてシンプルで高速、かつ商業的に実現可能であるという。

「これを実現する方法は他にもありますが、それらは材料の修復に熱化学に頼っており、同じ結果を得るには通常約 24 時間と複数の加熱サイクルが必要です」とコリガン博士は述べています。「もう 1 つの制限は、高温に加熱されたオーブンが必要であり、プラスチック材料をその場で修復できないことです。まず部品から取り外す必要があるため、プロセスが複雑になり、時間がかかります。」

「当社のシステムでは、破損したプラスチックをそのままにして、部品全体に光を当てることができます。材料の表面にある添加剤だけが影響を受けるため、修理が簡単で速くなります。」

ボイル教授は、この新技術は多くの分野に応用可能であり、高度な3Dプリント材料は現在、ハイテクの専門部品に使用されていると述べた。これらの製品には、ウェアラブル電子機器、センサー、さらには靴製品も含まれます。

つまり、壊れたプラスチック部品は捨てたりリサイクルしたりする必要がなく、他の多くの材料を含む部品に埋め込まれていても簡単に修理できるということです。この方法は、3Dプリント材料を使用して損傷を修復する既存の方法と比較して、シンプルで迅速、かつ商業的に実現可能です。今後さらに開発と商業化が進めば、化学廃棄物の削減にも役立ちます。

プラスチックの廃棄は環境に多大な悪影響をもたらしています。プラスチック廃棄物の問題をどう解決するかは、国際社会が直面する共通の課題となっています。この新技術は、間違いなく現在の「プラスチック危機」に対する大きな突破口となるでしょう。

カーボンピークとカーボンニュートラルを背景に、環境保護産業と新たな技術変化は、3Dプリントプラスチック産業の発展に新たな発展の機会をもたらしました。 AMPOWERの市場調査によると、2020年の世界ポリマー（プラスチック）3Dプリントの市場規模は全体で51.4億ユーロ（約402億元）でした。2025年には、ポリマー3Dプリントシステム、材料、部品生産を含むプラスチック3Dプリントの市場規模は全体で105億ユーロ（約822億元）に達すると予測されています。

ますます多くの発展途上国がプラスチック廃棄物の輸入を禁止する中、欧米諸国は3Dプリントを利用してプラスチック包装のリサイクルの問題を解決しようとしています。 3D プリント技術に基づいて、パッケージを再設計して最適化し、プラスチックの使用を削減できるほか、一部のパーソナライズされたパッケージをカスタマイズすることもできます。

また、欧米では人件費の高さから、プラスチック包装製品の多くが発展途上国から輸入されており、3Dプリントにより現地化・分散化生産が可能になります。 3Dプリント技術に基づき、3Dプリンターを工場内に直接導入したり、一定の範囲内の工場をカバーする3Dプリントサービスセンターを現地に構築したりすることで、41％～64％のエネルギーを節約できます。

結論

原材料の生産が製品の環境への影響の最大の部分を占める場合、適切な材料を選択することが重要です。バイオポリマーは、3D プリントやプラスチックの製造において、より持続可能なモデルへの第一歩となる可能性があります。 3Dプリンティングは、プラスチックを再利用し、新しい形で経済サイクルに戻す実行可能な方法であり、世界中で深刻化する「プラスチック危機」に対する新たな解決策となる可能性があります。

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