В ТПУ создали мембраны из отходов 3D-печати для химпрома и биомедицины

Учёные Томского политехнического университета вместе с коллегами предложили метод переработки отходов 3D-печати из конструкционного пластика. Они изготовили образцы мембран методом электроформования.

Эти мембраны могут быть полезны в химической промышленности, фильтрующих технологиях и биомедицине.

Результаты исследования опубликованы в журнале Polymer.

Полиэфиркетонкетон или ПЭКК-пластик — это полимер, который по прочности близок к металлам, имеет высокую температуру плавления и химически стабилен. Поэтому из него делают детали машин, имплантаты и конструкции для тканевой инженерии. Также этот пластик может применяться в нанофильтрации.

Но из-за высокой термической и химической стабильности его сложно перерабатывать после 3D-печати.

Переработка отходов 3D-печати в сырьё и продукты — перспективное направление. Раньше в таких проектах не использовали ПЭКК-пластик. Мы предложили делать из отходов полимерные мембраны методом электроформования. Такие мембраны применяются в биомедицинской инженерии, технологиях фильтрации, мягкой робототехнике и биосенсорах, — говорит руководитель проекта, научный сотрудник Центра аддитивных технологий общего доступа ПИШ ТПУ Семен Горенинский.

Электроформование — это технология, которая позволяет получать полимерные волокна из раствора под действием электрического поля. Ученые отмечают, что сейчас есть мало информации об оптимальных режимах электроформования для производства ПЭКК-мембран.

Мы исследовали, как параметры электроформования — напряжение, скорость потока раствора, концентрация полимера в растворе — влияют на свойства ПЭКК-мембран. Также мы подобрали режимы формования для получения мембран без дефектов.

Для изготовления растворов использовали отходы 3D-печати из ПЭКК. Изучили, как эти параметры влияют на характеристики мембран: диаметр волокон, пористость, кристаллическую структуру и химический состав.

Члены научного коллектива исследовали параметры методами оптической и электронной микроскопии, ИК-спектроскопии, рентгеновской дифракции и интрузии жидкости. Изучили три характеристики мембран: химическая стабильность, прочность на разрыв и биосовместимость.

Исследования показали, что мембраны из отходов 3D-печати, изготовленные с помощью ПЭКК-пластика, подходят для использования в медицине и промышленности. Они устойчивы к кислотам и щелочам, а также не уступают другим фильтрующим материалам по механическим свойствам.

Эти результаты помогут в дальнейших исследованиях по созданию мембран с заданными характеристиками.

Исследование проводилось при поддержке нацпроекта Министерства науки и высшего образования РФ «Наука» и гранта РНФ. В проекте участвовали сотрудники нескольких организаций:

• Центра аддитивных технологий общего доступа ПИШ ТПУ;
• НОЦ им. 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;
• Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН.

19.09.2024