Сотрудники Томского политехнического университета вместе с коллегами предложили метод переработки отходов 3D-печати из конструкционного пластика полиэфиркетонкетона (ПЭКК). Они изготовили образцы мембран методом электроформования. Мембраны, показавшие высокую химическую стабильность и биосовместимость, могут быть перспективны для использования в химической промышленности и фильтрующих технологиях, а также в биомедицинских приложениях.

Результаты исследования опубликованы в журнале Polymer (Q1, IF 4.1).

Полиэфиркетонкетон — полимер с характеристиками, близкими к металлам. Благодаря этому ПЭКК-пластик активно используют для изготовления различных деталей машин, имплантатов и конструкций тканевой инженерии. Также полимеры этой группы очень перспективны для применения в нанофильтрации. Однако эти же характеристики — высокая термическая и химическая стабильность — влияют на сложность переработки отходов процесса 3D-печати из ПЭКК.

«Переработка отходов 3D-печати в полезное сырьё 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. Подобные мембраны широко применяются в таких областях, как биомедицинская инженерия, технологии фильтрации, мягкая робототехника, биосенсоры», — говорит руководитель проекта, научный сотрудник Центра аддитивных технологий общего доступа перспективной инженерной школы ТПУ Семён Горенинский.

Электроформование (электропрядение, электроспиннинг) — уникальная технология, основанная на формировании полимерных волокон из раствора под действием приложенного электрического поля. При этом, по словам ученых, на сегодняшний день информация об оптимальных режимах электроформования для изготовления ПЭКК-мембран ограничена.

«В рамках нашего исследования 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. Нами было исследовано влияние параметров процесса на морфологические характеристики (диаметр волокон, пористость), кристаллическую структуру и химический состав мембран», — добавляет молодой учёный.

Указанные выше параметры члены научного коллектива исследовали методами оптической и электронной микроскопии, ИК-спектроскопии, рентгеновской дифракции и интрузии жидкости. Также были изучены три важных характеристики сформированных мембран — химическая стабильность, прочность на разрыв и биосовместимость.

«Проведённые 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. Полученные результаты станут основой для дальнейших исследований по изготовлению ПЭКК-мембран с заданными характеристиками», — подытоживает политехник.

Исследование выполнялось при поддержке нацпроекта Министерства науки и высшего образования РФ «Наука» и гранта РНФ. В проекте участвовали сотрудники Центра аддитивных технологий общего доступа ПИШ ТПУ, Научно-образовательного центра им. Б.П. 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.

Источник: ТПУ.