Scientists unlock way to make plant-based plastics work in 3D printing
Researchers have cracked a long-standing problem: making cellulose fibers compatible with plastic composites by coating them with specially designed polymers. The breakthrough could accelerate adoption of sustainable plant-based reinforcements in manufacturing, lowering costs while reducing reliance on petroleum-based materials in industries from automotive to consumer goods.
Originaltitel: SET-LRP and cellulose fiber: a versatile platform to tune the surface properties of cellulose.
Cellulosafibrer är attraktiva förstärkningsadditiver för polymerkompositer, men deras hydrofila natur skapar svag fästning till de flesta polymermatriser — ett problem som direkt påverkar mekaniska egenskaper och processbarhet. Forskare vid Hamburgska universitetet har utvecklat en metod baserad på SET-LRP för att pfropfa akrylatmonomerer på cellulosafibrer, vilket ökar kompatibiliteten. Genom att testa flera akrylatkedjor med olika längd och polaritet — butylakrylat, stearylakrylat, dokosylakrylat och di(etylenglykol)etetyleterakrylat — kartlade teamet hur monomerstrukturen påverkar slutresultatet. Kompositer blandades med ABS och analyserades via SAXS, DSC, FESEM och kontaktvinkelmätningar innan de 3D-skrivs via FDM. Resultaten visar hur ytmodifiering kan justeras för specifika tillämpningar. För tillverkare av cellulosaförstärkta termoplaster öppnas möjligheter att optimera fibermatrisfästning utan att byta baspolymer, vilket förkortar utvecklingscykler och sänker kostnader.
Cellulose fibers are very promising additives for polymer composites for reinforcing. However, they suffer from poor compatibility with most polymer matrices due to their hydrophilic nature. In this article, we will expand on a previously developed method for improving this compatibility consisting in grafting an acrylate monomer to the surface of cellulose fibers using SET-LRP. This time, we will investigate its versatility by using several selected acrylates (butyl acrylate, stearyl acrylate, docosyl acrylate and di(ethylene glycol) ethyl ether acrylate) as well as styrene. In order to understand the different effects of this monomer variation, SAXS, DSC, FESEM and contact angle measurements were performed on the composites with ABS and the final products were 3D printed by Fused Deposition Modeling (FDM).