Biofilamenty do druku 3D oparte o włókna liści ananasów

Naukowcy z Universiti Teknologi Malaysia i Newcastle University w Singapurze uruchomili wspólny projekt naukowo-badawczy, w ramach którego eksperymentowali z dodawaniem włókien liści ananasa do termoplastu PLA w celu opracowania nowych, przyjaznych dla środowiska bioplastików. Zespół badawczy postanowił zademonstrować opłacalność stosowania biodegradowalnych materiałów, takich jak włókno z liści ananasa (PALF) i włókno z liści ananasa poddane obróbce alkalicznej (APALF) w połączeniu z granulatem PLA w celu wytworzenia filamentów do druku 3D.

Badania zakończyły się sukcesem, a powstałe włókno kompozytowe PLA wzmocnione ananasem wykazało poprawę w zakresie wielu właściwości mechanicznych. Oznacza to, że dodanie sproszkowanych włókien ananasa do PLA może w rzeczywistości zwiększyć stosunek wytrzymałości do masy (wytrzymałość właściwa) drukowanych próbek. Dodatkowo próbki wykazały ulepszone właściwości krystaliczne, wiązanie chemiczne i właściwości termiczne.

Liście ananasa sprowadzono z Tajlandii, pokrojono na mniejsze kawałki, a następnie ręcznie sproszkowano na proszek za pomocą tłuczka i moździerza. Sproszkowana materia liścia została poddana modyfikacji powierzchni poprzez dodanie roztworu wodorotlenku sodu (ługu), który jest żrącą zasadą. Po moczeniu w roztworze ługu przez godzinę, PALF usunięto i przemyto w celu usunięcia nadmiaru roztworu alkalicznego. Poddane obróbce PALF zostały następnie zneutralizowane kwasem octowym, przed suszeniem w piecu. W rezultacie powstał APALF, który został następnie sproszkowany.

Po utworzeniu proszków PALF i APALF zostały one zmieszane z niezmodyfikowanym, gotowym surowcem granulowanym PLA i wytłoczonym na maszynie do produkcji filamentów.

Po procesie ekstruzji kompozyt ananasa i PLA był gotowy do drukowania na próbkach testowych. Wytworzono różne warianty filamentu z kompozytów APALF/PLA i PALF/PLA zawierające różne ilości materii roślinnej w procentach wagowych w zakresie od 0% do 5% zawartości PALF/APALF, przy czym pozostałą część stanowił niemodyfikowany PLA.

Próbki o różnym składzie poddano badaniom mechanicznym wytrzymałości na rozciąganie i zginanie, a także różnorodnym analizom chemicznym, termicznym, krystaliczności i mikrostruktury. Wyniki były następujące:

• próbki czystego PLA mają wytrzymałość na rozciąganie 29,5 MPa; dodanie 3% PALF i APALF zwiększa wytrzymałość na rozciąganie odpowiednio do 42,3 MPa i 42,9 MPa
• w przypadku testów wytrzymałości na zginanie wyjściowy niezmodyfikowany PLA miał wartość 32,2 MPa, a maksymalny wzrost wytrzymałości na zginanie został ponownie osiągnięty przez dodanie 3% PALF / APALF, co zwiększyło wytrzymałość na zginanie odpowiednio do 48,5 i 51,9 MPa.
• wydłużenia przy zerwaniu i odporności na pękanie wykazało podobne wyniki.

Ostatecznie naukowcy ustalili, że 3% to optymalne nasycenie PALF lub APALF do PLA. Wyniki wykazały, że stosując optymalną kombinację PALF lub APALF, możliwe jest stworzenie biodegradowalnych materiałów na bazie włókien ananasowych.

Źródło: www.onlinelibrary.wiley.com via www.3dprinting.com
Zdjęcie: www.pixabay.com