Nova tecnologia para impressão 3D de objetos complexos à base de celulose. Notícias gratuitas da biblioteca técnica

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Nova tecnologia para impressão 3D de objetos complexos à base de celulose

05.04.2020

Um grupo de pesquisadores da ETH Zurich descobriu uma maneira de processar celulose usando impressão 3D para criar objetos de complexidade quase ilimitada que contêm grandes quantidades de celulose.

A nova tecnologia combina impressão direta a tinta (DIW) e um processo de compactação de material que aumenta em até 27% o teor de celulose do objeto impresso.

Os cientistas primeiro imprimiram o objeto usando "tinta de água". A composição da tinta inclui apenas água, na qual foram misturadas partículas de celulose e fibras de várias centenas de nanômetros de tamanho. O teor de celulose é de seis a 14% do volume total de tinta.

Os cientistas então colocaram o objeto impresso em um banho de solventes orgânicos. Como a celulose não gosta de solventes orgânicos, suas partículas tendem a grudar umas nas outras. Assim, as partículas de celulose são compactadas e depositadas no objeto.

Na etapa seguinte, os pesquisadores mergulharam os objetos em uma solução contendo um precursor plástico sensível à luz (o chamado "precursor" do plástico, a substância da qual o plástico é feito). Quando o solvente foi removido por evaporação, os precursores plásticos penetraram na estrutura do objeto à base de celulose. Então, para que os precursores se transformassem em plástico duro, a luz ultravioleta era direcionada ao objeto impresso. Isso permitiu obter um material compósito com teor de celulose acima de 27%: ou seja, o teor de partículas de celulose aumentou de 6-14% para 27%.

Dependendo do tipo de precursor plástico utilizado, eles podem controlar as propriedades mecânicas dos objetos impressos, como elasticidade ou resistência. Isso permite que você crie peças duras ou macias.

Usando esse método, os pesquisadores conseguiram produzir vários objetos compostos, inclusive muito frágeis: por exemplo, uma "escultura" de uma chama com apenas um milímetro de espessura. A tecnologia tem uma desvantagem: a compactação de peças impressas com espessura de parede superior a cinco milímetros leva a uma distorção da estrutura, pois a superfície do objeto compactado é comprimida mais rapidamente que seu núcleo.

No futuro, será possível fazer, por exemplo, embalagens e até implantes de cartilagem a partir do novo material. Essa tecnologia também pode ser de interesse para a indústria automotiva. As montadoras japonesas já criaram um protótipo de carro esportivo para o qual as partes da carroceria são feitas quase inteiramente de materiais à base de celulose.

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O aroma da vanilina é encontrado em centenas e centenas de produtos alimentícios, mas na grande maioria dos casos utiliza-se a vanilina sintética. O fato é que a fonte natural de vanilina - favas de baunilha - são extremamente caras, porque as flores de baunilha devem ser polinizadas manualmente.

Por outro lado, o método atualmente utilizado para sintetizar a vanilina não é apenas ineficiente, mas também leva à formação de grandes volumes de águas residuais, que também precisam ser purificadas.

O catalisador desenvolvido por cientistas indianos contém elementos facilmente acessíveis, como vanilina, silício e cobre e, o mais importante, ajuda a separar a vanilina de outras substâncias em um recipiente com água fervente. Além disso, o catalisador pode ser reutilizado pelo menos quatro vezes e sem perda de eficiência - geralmente os catalisadores devem ser substituídos após o primeiro uso. Para demonstrar a viabilidade de seu conceito, os autores produziram uma pequena quantidade de vanilina líquida.

Por fim, a nova tecnologia não produz águas residuais com pH muito alto, que teriam que ser neutralizadas com ácido clorídrico antes de serem devolvidas à natureza.

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