美国能源部(Department of Energy)橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的科学家们发明了一种可再生3D打印原料的配方，这种原料可能会催生一种有利可图的新用途，用于难处理的生物精炼厂副产品:木质素。
这一在《科学进展》杂志上详细介绍的发现，扩大了ORNL在降低生物制品成本方面的成就，它为木质素创造了新的用途——木质素是生物量加工过程中遗留下来的物质。木质素使植物具有刚性，并使生物质能抵抗分解成有用的产品。
“发现木质素的新用途可以改善整个生物精炼过程的经济效益，”ORNL项目负责人Amit Naskar说。
研究人员将一种具有熔融稳定性的硬木木质素与传统塑料、一种低熔点的尼龙和碳纤维结合在一起，创造出一种在印刷过程中具有刚好适合层间挤压和焊接强度以及优异力学性能的复合材料。
这项工作很棘手。木质素轻易识字课;与以石油为基础的热塑性塑料制成的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)等耐用复合材料不同，木质素只能加热到一定温度，以便从3d打印喷嘴中软化和挤出。长时间暴露在高温下会显著增加它的粘稠度——它会变得太厚而不易挤压。
但当研究人员把木质素和尼龙结合在一起时，他们发现了一个惊人的结果:这种复合材料的室温硬度增加了，而其熔体粘度却降低了。木质素-尼龙材料的抗拉强度与尼龙材料相近，粘度也较传统ABS或高冲击聚苯乙烯低。
科学家们在高通量同位素反应堆中进行了中子散射，并在纳米材料科学中心使用了先进的显微镜——这两个机构都是美国能源部在ornl的科学用户设施办公室，以探索复合材料的分子结构。他们发现，木质素和尼龙的组合“似乎对复合材料有润滑或增塑性作用，”纳斯卡尔说。
“木质素的结构特性对于提高材料的3D打印性能至关重要，”ORNL的Ngoc Nguyen说，他参与了该项目。
科学家们还能在其中加入更高比例的木质素(按重量计算，木质素占40%至50%)，这是探索木质素印刷材料的一项新成就。ORNL的科学家们随后在其中加入了4%到16%的碳纤维。这种新型复合材料更容易加热，流动速度更快，印刷速度更快，从而产生更强大的产品。
“ORNL在材料表征和合成方面的世界级能力，对于将木质素等副产品转化为联产品、为工业创造潜在的新收入来源、为先进制造业创造新型可再生复合材料等挑战至关重要，”负责能源和环境科学的实验室副主任Moe Khaleel说。
——文章发布于2018年12月31日
