Российские ученые смогли эффективно утилизировать отходы ПЭКК при 3D-печати


Мембраны из отходов полиэфиркетонкетона (ПЭКК) при 3D-печати, обладающие высокой химической стабильностью и биосовместимостью, изготовили для использования в химической промышленности и биомедицине ученые Томского политехнического университета (ТПУ) с коллегами из других вузов и НИИ, 19 сентября сообщает пресс-служба ТПУ.

Полиэфиркетонкетоны являются полимерами по прочностным характеристикам близкими к металлам, с высокой температурой плавления и химической стабильностью. Поэтому из ПЭКК-пластика изготавливают с использованием технологии 3D-печати различные детали машин, имплантаты и конструкции тканевой инженерии. Кроме того, эти полукристаллические полимеры имеют хорошие перспективы для применения в нанофильтрации.

Однако все эти замечательные для промышленного применения свойства — высокая термическая и химическая стабильность — делают сложной переработку отходов ПЭКК-пластика, образующихся при 3D-печати.

Руководитель проекта, научный сотрудник Центра аддитивных технологий общего доступа ПИШ ТПУ Семен Горенинский рассказал:

«Переработка отходов 3D-печати в полезное сырье и продукты — очень популярное и перспективное направление. Однако, как нам известно, ПЭКК-пластик в подобных проектах и исследованиях ранее не использовался. Мы предложили изготавливать из отходов ПЭКК полимерные мембраны методом электроформования».

Полимерные мембраны широко используются, например, в биомедицинской инженерии, в технологии фильтрации, мягкой робототехнике и биосенсорах, отметил ученый.

Технология электроформования (электропрядение, электроспиннинг), которую использовали для изготовления образцов мембран в ТПУ, основана на формировании полимерных волокон из раствора под действием электрического поля.

«В рамках нашего исследования, — дополнил свой рассказ Горенинский, — было изучено влияние параметров электроформования, например, приложенного напряжения, скорости потока прядильного раствора, концентрации полимера в прядильном растворе, на свойства ПЭКК-мембран. Кроме того, нами подобраны режимы формования, позволяющие получать мембраны без дефектов. Для изготовления прядильных растворов использовались отходы 3D-печати из ПЭКК».

Кроме того, исследователи установили влияние параметров процесса формования на морфологические характеристики (диаметр волокон, пористость), кристаллическую структуру и химический состав мембран. Для этого научный коллектив воспользовался методами оптической и электронной микроскопии, ИК-спектроскопии, рентгеновской дифракции и интрузии жидкости.

Полученные образцы сформированных мембран были исследованы на химическую стабильность, прочность на разрыв и биосовместимость.

«Проведенные исследования показали, что полученные нами мембраны из отходов 3D-печати ПЭКК-пластиком являются биосовместимыми и химически стабильными в агрессивных кислотных и щелочных условиях. Кроме того, механические свойства мембран делают их конкурентноспособными с прочими материалами, используемыми для фильтрации. Таким образом, изготовление ПЭКК-мембран методом электроформования является эффективным методом переработки отходов 3D-печати в материалы, обладающие высоким потенциалом для применения в промышленных и биомедицинских приложениях», — подвел итог руководитель проекта.

Результаты исследования разработанных мембран были представлены в статье «Электропрядение полиэфиркетонкетоновых волокон: влияние режима изготовления на морфологию, физико-химические и биологические характеристики», опубликованной в журнале Polymer (Q1, IF 4.1). Они станут основой для дальнейших исследований по изготовлению ПЭКК-мембран с заданными характеристиками.

В работе над утилизацией отходов ПЭКК приняли участие сотрудники Центра аддитивных технологий общего доступа ПИШ ТПУ, НОЦ им. Вейнберга Инженерной школы ядерных технологий ТПУ, Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, Сеченовского Университета и Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН.