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用榴莲壳制作3D打印的材料

小印
2022-11-08 16:59:15

近年来,生物基材料越来越受欢迎。目前,不少研究机构和公司尝试用叶子、果皮和外壳等生物废料来制造生物基的材料或复合材料。

泰勒大学,精英艺术与技术学院和诺丁汉大学(均在马来西亚)的研究人员就在尝试用榴莲壳来制作可3D打印的生物复合材料。

榴莲被称为水果之王,以形状、味道、质地和气味而闻名。在马来西亚榴莲非常受欢迎,每年大约生产约3800吨榴莲果实,并产生约2280吨的榴莲壳。研究人员对榴莲壳研究分析发现,榴莲壳的主要成分为60.45%的纤维素,13.09%的半纤维素和15.45%的木质素。这些都是有用的生物聚合物,可以与PLA或天然的油脂混合成生物复合材料。

研究人员首先尝试了榴莲壳与PLA的混合,他们先将榴莲壳清洗干净,并切成小块;接着将其干燥,研磨成小颗粒;然后用滤网过筛(网孔尺寸为600微米的筛子),以获得尺寸一致的颗粒(短纤维);然后将颗粒再次干燥;最后将榴莲壳颗粒与PLA混合在一起,制成线材。

不过经过测试,榴莲复合PLA的刚度显着增加,但抗拉强度仅为11 MPa,太脆了,没有任何用处。但研究小组表示,随着纤维尺寸的增加,榴莲复合PLA的刚度也会增加,不过还需要进行进一步的研究。

随着研究的深入,研究人员发现,将环氧化的棕榈油作为增塑剂,加入到榴莲复合PLA中可以提升其韧性和延展性。具体的措施也需要进一步的研究。

在生物降解性方面,研究人员掩埋了一些材料,发现在土壤中埋藏三个月后,大约83%的包装已经降解。

还有一种方法是将榴莲壳冻干,创造出榴莲壳纳米纤维,再与PLA、肉桂油混合。榴莲壳经干燥和研磨后,再筛分成90微米的粒径。然后和PLA、肉桂精油混合在一起,最后制成线材。

但是经过测试后,这种线材的强度并不理想,与理论上的计算结果并不符合。研究人员分析,可能是因为小颗粒团聚的结果。经过不断的尝试,研究人员发现颗粒的直径长短对线材的强度影响比较大。目前,他们找到的比较理想的颗粒直径为100微米,线材的拉伸强度可以达到29.6 MPa。具体原因研究人员目前也没有解读出来,推断可能和添加的棕榈油、肉桂油等油有关。

研究人员表示,现在的榴莲复合PLA性能以及不弱于普通PLA,他们还会做进一步的研究,从而获得性能更好的生物复合材料。

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