Российские химики разработали технологию 3D-печати, использующую дешевые природные материалы на основе целлюлозы. На базе новой технологии готовые изделия можно будет печатать фактически из воды и воздуха, не загрязняя окружающую среду. Работа была выполнена при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ее результаты были представлены в журнале Angewandte Chemie.

Трехмерная (3D) печать позволяет за короткое время создавать готовые изделия любой степени сложности из компьютерных цифровых моделей. Исследователи из Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН синтезировали уникальный материал PEF, позволяющий провести трехмерную печать дешево и экологично. Его полное название – poly(ethylene-2,5-furandicarboxylate). Особенность этого материала в том, что его получают из природного вещества — целлюлозы, которая относится к категории наиболее перспективных возобновляемых ресурсов. В природе целлюлоза синтезируется из углекислого газа и воды, доступных в атмосфере практически в неограниченных количествах. Источником энергии для этой реакции служит солнечный свет.

«Рецепт» нового вещества прост: на первом этапе растительная биомасса (целлюлоза или фруктоза) трансформируется в 5-(гидроксиметил)фурфурол (5-HMF). Химикам известно много методик такого превращения. Далее 5-HMF окисляется в 2,5-фурандикарбоновую кислоту, которая после реакции с метанолом переводится в соответствующий сложный эфир. Все три стадии этой реакции с практической точки зрения не представляют никакой сложности и уже масштабированы до промышленного производства. Несмотря на свою простоту, трехмерная печать материалом PEF была выполнена впервые.

Схема воспроизводства материала для 3D-печати. Валентин Анаников

Полученный полимер показал высокую химическую стабильность, он не окисляется, устойчив к действию химических растворителей и не разлагается, находясь в условиях природной среды. Более того, его можно использовать многократно. Изделия из такого полимера будут достаточно долговечны, а аддитивные технологии, такие как 3D-печать, позволяют создавать объект практически любой сложности.

«Важно, что полученный материал можно неоднократно регенерировать и использовать повторно. В конце жизненного цикла 3D-печатное изделие можно перевести в углекислый газ и воду путем сжигания, а затем снова получить целлюлозу через фотосинтетическую систему растений. Замкнутый углерод-нейтральный цикл не загрязняет окружающую среду, он основан на дешевых природных ресурсах и может быть проведен неограниченное число раз», — заключил один из авторов работы Валентин Анаников.