【科技小知识】以木质素为原料开发生物基3D打印树脂

帮助我们的地球的一个方法是使用更可持续的材料，比如那些由生物基材料制成的材料，但问题是这些材料还不够普遍，在经济上是合理的。特拉华大学和加拿大CanmetENERGY公司的研究人员对此做出了最好的解释，他们解释说，如果因为这种生物罐的制造成本太高，牛奶的价格就会涨到每加仑20美元，那么就没有人会买这种牛奶了。研究人员最近发表了一篇论文，讨论如何将造纸过程中产生的木质素废料更有效地转化为可持续发展的高性能塑料，比如生物基3D打印树脂。
摘要指出:“在这里，我们提供了一种强化反应蒸馏-还原催化解构(RD-RCD)过程的首次报告，该过程可以同时解构来自不同来源的技术木质素，并在环境压力下净化芳香产物。我们展示了RD-RCD生物油通过立体光刻3D打印技术在高性能添加剂制造中的应用，并强调了其相对于传统还原催化分馏/RCD工艺的经济优势。”

在自然界中，木质素是树木和植物的一部分，为它们提供硬度和强度，帮助它们站立，但在造纸和纸浆工业中，木质素被认为是无用的，除了添加到轮胎中作为填充物或燃烧它来加热;这不是很可持续的选择。造纸和纸浆厂每年产生大约1亿吨木质素废料，研究人员认为，这种材料可以有更大的用途。在美国国家科学基金会增长融合研究(NSF GCR)项目的资助下，他们开始经济地将生物质转化为新产品。

当升级木质素时，成本昂贵且难以规模化，而且大多数必要的过程都涉及高压。因此，这个团队没有使用甲醇作为溶剂来分解木质素，而是使用了甘油，一种日常使用的廉价成分，经常用于洗液、肥皂、液体化妆品和洗发水。这种选择不仅降低了成本，而且由于它的高沸点，甘油还允许这个过程在环境大气压力下进行，这样更安全、更快、更容易扩大规模。

甘油将木质素分解成化学成分，有助于生产生物基产品，如抗氧化剂、各种塑料和3D打印树脂。这种材料具有与甲醇相同的化学功能，但不需要一个封闭的系统，因为甘油需要更低的蒸汽压，这使得研究小组可以同时进行反应和分离步骤。

团队花了大约一年的时间开发这个过程，并确保它是一致的和可重复的;CanmetENERGY为他们提供了不同制浆过程中产生的木质素废料。该研究的联合主要作者之一、2021年哈佛大学荣誉研究生葆拉·普拉达(Paula Pranda)查看了现有的数据集，看看他们可以创造出什么产品，并估计了他们需要的材料的物理性能。这使得来自Marianthi Ierapetritou教授团队的化学工程博士生Yuqing Luo能够从经济角度分析该系统是否实用。通过经济建模，Luo确定，当该团队的低压方法与典型的高压方法相比，用针叶木硫酸盐木质素生产压敏型生物基粘合剂的成本降低了60%。

完整的3D打印配方包含40 wt%的丙烯酸生物油，直接从本工作中产生的RD-RCD产品，40 wt%木质素衍生物香烯醇二丙烯酸酯，15 wt%的人聚树脂，和5 wt%的光引发剂。添加双丙烯酸酯和聚人树脂是为了提高整体印刷质量，”研究人员写道。第二种树脂是由丙烯酸生物油和香草醇二丙烯酸酯制备的，不含人聚树脂，材料按照相同的程序固化。然而，没有peopleopoly的印刷品在几分钟后就出现了破损/剥落现象。”

研究人员正在申请环境压力法的专利。

“这表明利用可再生资源制造不同类型的塑料有很大的潜力，”普拉达在谈到这种低压方法时说。“你不必使用化石燃料，来自可再生资源的塑料在经济上也是可行的。”

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