Российские химики синтезировали новый материал для 3D-печати из целлюлозы

Сотрудники Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН при поддержке Российского научного фонда разработали материал PEF, который можно использовать для 3D-печати. Полноне название вещества — poly(ethylene-2,5-furandicarboxylate). Новый материал создан на основе целлюлозы, полностью экологичен и легко возобновляем.

Целлюлозу для своих потребностей вырабатывают практически все зеленые растения. В ее состав входят те же элементы, что и в сахар, а именно: углерод, водород и кислород. По сути, для синтеза целлюлозы, растения используют углекислый газ и воду, получаемые из окружающей среды. Катализатором процесса является солнечный свет.

В лабораторных условиях целлюлозу не воспроизводят, но берут за основу необходимого вещества. Сначала растительная биомасса (целлюлоза или фруктоза) трансформируется в 5-(гидроксиметил)фурфурол (5-HMF). Химики знают несколько методов такой реакции. После этого 5-HMF окисляется в 2,5-фурандикарбоновую кислоту, которая после реакции с метанолом переводится в соответствующий сложный эфир. Подобные реакции достаточно просты, не требуют больших усилий и энергии и уже применяются в химическом производстве. Однако до 3D-печати PEF еще не дошла ни одна зарубежная лаборатория.

Руководитель проекта Валентин Анаников поясняет: если посмотреть на процесс 3D-печати со стороны, окажется, что изделия создаются из воды и углекислого газа — самых распространенных веществ на планете. Это означает, что филамент для 3D-печати можно воспроизводить в неограниченном количестве.

Полимер на основе целлюлозы обладает большими преимуществами: прочен, стоек, не окисляется и не разлагается в естественной среде. Его можно будет применять везде, где требуются дешевые и доступные материалы. Ученые обещают, что изделия из PEF прослужат долгие годы.

Рассказывает Валентин Анаников: «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».