Neue 3D-Druckformel könnte die Zukunft des Schaumstoffs verändern
Von Sitzkissen über Matratzen bis hin zu Dämmstoffen - Schaumstoff ist überall, auch wenn wir ihn nicht immer sehen. Jetzt haben Forscher der University of Texas in Dallas Chemie und Technologie miteinander verbunden, um einen 3D-gedruckten Schaumstoff zu schaffen, der haltbarer und besser recycelbar ist als der Polymerschaum, der in vielen Alltagsprodukten zu finden ist.
Forscher der University of Texas in Dallas haben Chemie und Technologie miteinander verbunden, um einen 3D-gedruckten Schaumstoff zu entwickeln, der haltbarer und besser recycelbar ist als der Polymerschaum, der in vielen Alltagsprodukten zu finden ist. Die Forschungsarbeit, die in der Printausgabe von RSC Applied Polymers vom 1. März erscheint, konzentrierte sich auf die Entwicklung eines robusten, aber leichten Schaumstoffs, der im 3D-Druckverfahren hergestellt werden kann.
University of Texas at Dallas
Die Forschungsarbeit, die am 1. März in der Printausgabe von RSC Applied Polymers, einer Zeitschrift der Royal Society of Chemistry, erschienen ist, konzentrierte sich auf die Entwicklung eines robusten, aber leichten Schaumstoffs, der im 3D-Druckverfahren hergestellt werden kann - eine Methode, die in der kommerziellen Fertigung noch weitgehend unerforscht ist, so die Co-Autorin der Studie, die Doktorandin Rebecca Johnson BS'20 von der UT Dallas.
"Dies ist wahrscheinlich das längste Projekt, das ich je gemacht habe", sagte Johnson, die im Mai ihren Doktortitel in Chemie abschließen will. "Von Anfang bis Ende dauerte es etwas mehr als zwei Jahre. Ein großer Teil davon war der Versuch, die richtige Polymerformulierung zu finden, damit sie mit dem 3D-Drucker kompatibel ist."
Obwohl die Herstellung neuer Materialien, die mit der 3D-Technologie kompatibel sind, eine Herausforderung darstellt, so Johnson, ermöglichte das 3D-Druckverfahren den Forschern die Erstellung komplexer Formen, die in Fertigungsanwendungen angepasst werden können. Zur Demonstration des Konzepts stellten sie Schaumstoff in Form eines Ballonhundes her.
"Das Ziel des Projekts war es, einige Einschränkungen des 3D-Drucks bei der Herstellung von Polymerschaum zu überwinden", so Dr. Ron Smaldone, außerordentlicher Professor für Chemie und Biochemie an der Fakultät für Naturwissenschaften und Mathematik und korrespondierender Autor der Studie. "Eines der Hauptinteressen für 3D-druckbare Schaumstoffe ist die Isolierung und Stoßdämpfung".
Mit weiteren Forschungen und Experimenten, so Smaldone, könnte diese Art von Schaumstoff und Verfahren für stark stoßabsorbierende Gegenstände wie Motorrad- oder Fußballhelme, Autostoßstangen oder Panzerungen verwendet werden. Er wies auch darauf hin, dass der 3D-Druck die Herstellung komplexerer Strukturen, wie z. B. feiner Gitter, ermöglicht, was die physikalische Flexibilität des Materials erhöhen und eine größere Vielseitigkeit für Anwendungen bieten kann.
Die Forscher untersuchten auch, wie ein Material hergestellt werden kann, das im 3D-Druck zu einem konsistenten Endprodukt ohne viele Defekte verarbeitet werden kann. Der meiste handelsübliche Schaumstoff ist duroplastisch, d. h. er unterliegt während des Formens einer chemischen Reaktion, die seine Struktur dauerhaft fixiert und verhindert, dass er umgeformt, geschmolzen oder aufgelöst werden kann. Daher kann der meiste Polymerschaum nicht recycelt werden und landet schließlich auf der Mülldeponie, so Smaldone.
Die Forscher der UT Dallas entwickelten ihren haltbaren Schaumstoff mithilfe spezieller reversibler Bindungen, der so genannten dynamischen kovalenten Chemie. Obwohl der Schaumstoff nicht vollständig geschmolzen und neu geformt werden kann wie Kunststoff, ermöglichen diese Bindungen dem Material, sich selbst zu reparieren, wenn es beschädigt wird, was es vielseitiger und langlebiger macht.
"Wir sind sicherlich nicht die Einzigen, die das versuchen", sagte Smaldone. "Das Neue ist, dass wir die dynamische Chemie nutzen, um wirklich großartige Schaumstoffe zu drucken. Die nächste Frage, mit der wir uns befassen müssen, ist, wie wir die Eigenschaften abstimmen und dieses neue Wissen nutzen können, um eine Vielzahl von unterschiedlichen Bedürfnissen zu erfüllen.
Johnson und der andere Hauptautor der Studie, der Chemiedoktorand Ariel Tolfree BS'23, entwickelten ihre Ideen nach dem Studium ähnlicher Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet. Tolfree, die Johnson als ihren Mentor angibt, plant, die Forschung zu erweitern, indem sie untersucht, wie der Schaumstoff besser recycelt werden kann, und das Nachhaltigkeitspotenzial des Schaumstoffs zu erforschen.
Tolfree sagte, dass es naheliegend war, einen Hund aus Schaumstoffballons als eines der Testobjekte der Gruppe zu verwenden.
"Es ist eine einfache Form, die aber unsere Schaumstoffe perfekt repräsentiert", sagte Tolfree. "Ein Luftballon scheint gewöhnlich zu sein, bis er sich in etwas Neues verwandelt, das den Erwartungen fast widerspricht. Mit unseren Schaumstoffen verhält es sich genauso - sie sind zunächst unscheinbar, aber sobald sie sich ausdehnen und verwandeln, werden sie zu etwas Bemerkenswertem.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
Rebecca M. Johnson, Ariel R. Tolfree, Gustavo Felicio Perruci, Lyndsay C. Ayers, Niyati Arora, Emma E. Liu, Vijayalakshmi Ganesh, Hongbing Lu, Ronald A. Smaldone; "3D printable polymer foams with tunable expansion and mechanical properties enabled by catalyst-free dynamic covalent chemistry"; RSC Applied Polymers, Volume 3, 2025
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
