光照就能自我修復(fù)的3D打印塑料,，“塑料危機”或許有新解決之道

導(dǎo)讀：十四五”時期，隨著“雙碳”工作的持續(xù)推進,，環(huán)境治理成為重中之重,，再生塑料作為循環(huán)領(lǐng)域的重要組成部分，其研發(fā)生產(chǎn)備受關(guān)注,。近日,，3D打印領(lǐng)域有了新發(fā)現(xiàn)，這次新發(fā)現(xiàn)有可能讓全球日益嚴(yán)重的“塑料危機”有了新的解決之道,。

南極熊獲悉,，來自新南威爾士大學(xué)的工程師們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)3D打印材料破裂,，只需在打印過程中,，向液體樹脂中添加“特殊粉末” ，再使用UV LED燈直接照射,，便能快速,、輕易地幫助材料進行自我修復(fù)，而且修復(fù)后比損壞前更堅固了,。

該團隊的研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在《Angewandte化學(xué)國際版》雜志上,。

論文原文：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202114111

新南威爾士大學(xué)團隊使用的粉末狀添加劑是一種三硫代碳酸鹽，被稱為可逆加成破碎鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)劑,，最初由CSIRO開發(fā),。RAFT制劑能夠重新排列組成材料的納米網(wǎng)絡(luò)元素,，并允許破碎的碎片被融合。

當(dāng)UV LED燈直接照射到破碎的塑料上時,，大約30分鐘內(nèi)就會進行修復(fù),，大約一個小時后就會完全修復(fù)。

包括在3D打印小提琴上進行的實驗表明,，自修復(fù)塑料的強度與原始狀態(tài)相比已完全恢復(fù),。該團隊表示，與現(xiàn)有的修復(fù)破損3D打印材料的方法相比,，他們的系統(tǒng)簡單,、速度快，商業(yè)化是可行的,。

“也有其他方法可以做到這一點,，但依賴熱化學(xué)來修復(fù)材料，通常需要大約24小時,，多次加熱循環(huán)才能達到相同的結(jié)果,。”科里根博士說,，“另一限制是,，需要一個加熱到高溫的烤箱，而且不能就地修復(fù)塑料材料,，首先要把它從部件上拆卸下來,，這增加了流程復(fù)雜性，速度緩慢,�,！�

“有了我們的系統(tǒng)，你可以把破碎的塑料留在原地,，然后把光照射到整個部件上,。只有材料表面的添加劑受到影響，所以它更容易修復(fù),，速度也更快,。”

博伊爾教授表示,，這項新技術(shù)可以會應(yīng)用于許多領(lǐng)域,，目前先進的3D打印材料被用于高科技專業(yè)組件。這些產(chǎn)品包括可穿戴電子產(chǎn)品,、傳感器,，甚至還有一些制鞋產(chǎn)品。

這意味著破碎的塑料部件不需要丟棄,，甚至不需要回收,，即使嵌入包含許多其他材料的部件,，也可以簡單地修復(fù)。與現(xiàn)有的3D打印材料修復(fù)破損方法相比,，這種方法簡單,、速度快,，商業(yè)化是可行的,，未來隨著進一步的發(fā)展和商業(yè)化，還將有助于減少化學(xué)廢物,。

塑料的廢棄給環(huán)境帶來了巨大的負面影響,，如何解決塑料垃圾已成為國際共同面臨的難題，這項新技術(shù)對于當(dāng)下面臨的“塑料危機”來說無疑是一項重大突破,。

在碳達峰,、碳中和的大背景下，環(huán)保產(chǎn)業(yè),、新技術(shù)變革為3D打印塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了新發(fā)展機遇,。根據(jù)AMPOWER 的市場研究，2020年全球聚合物(塑料)3D打印的整體市場規(guī)模為51.4億歐元(約402億人民幣),，預(yù)計2025年包括聚合物3D打印系統(tǒng),、材料及零件生產(chǎn)在內(nèi)的整體塑料3D打印市場規(guī)模將達105億歐元(約822億人民幣)。

隨著越來越多的發(fā)展中國家禁止進口塑料垃圾,，歐美國家正在嘗試用3D打印來解決塑料包裝的回收問題,。基于3D打印工藝,，可以重新設(shè)計和優(yōu)化包裝,，減少塑料的使用量，也能夠定制一些個性化的包裝,。

另外,，由于人工成本比較高昂，歐美國家的塑料包裝品大量都是從發(fā)展中國家進口的,，而3D打印可以讓他們實現(xiàn)本土化生產(chǎn)和分散式的生產(chǎn),。基于3D打印技術(shù),，可以直接在工廠部署3D打印機,，或者在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)3D打印服務(wù)中心，輻射一定范圍內(nèi)的工廠,，這樣能源可以節(jié)約41%到64%,。

結(jié)語

當(dāng)一種產(chǎn)品的原料生產(chǎn)在其對環(huán)境帶來的影響中所占比重最大時，選擇正確的材料至關(guān)重要,。就塑料的3D打印和制造而言,，生物聚合物可能是走向更可持續(xù)發(fā)展模式的第一步,。3D打印是對塑料進行再利用，并讓其以新形式重返經(jīng)濟循環(huán)的一種可行方法,，或許能為全球日益嚴(yán)重的“塑料危機”提供新的解決之道,。