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随着人类努力使世界变得更美好，可持续性和3D打印是现代科学的突出主题。因此，阿克伦大学（UA）工程与聚合物科学学院的科学家们正在研究这些领域是有意义的。
可持续发展的未来
高分子科学助理教授詹姆斯·伊根博士说：“我们可以采取两种方法来解决可持续性问题——一种是重新设计材料，使其更可回收，另一种是回收已经存在的材料。”“在回收现有材料方面，我们正在考虑的一项活动是机械回收。
“机械回收，或者人们认为的传统回收，通过研磨或复合来重新处理材料。然后，塑料本身就混合在一起，最终，加工后的塑料将分阶段分离，就像容器中的水和油分离一样，使产品不合格。
这就是矛盾所在——如果两种不同的聚合物之间有一个不粘在一起的界面，拉动材料会导致它们分离，导致性能下降，并严重影响塑料材料的整体质量。
为了应对这些挑战，Eagan的团队开发了一种添加剂，洒在回收过程中，旨在改善塑料的机械性能。当两种最丰富的塑料-聚乙烯和聚丙烯-混合（例如，特百惠®与牛奶罐混合）产生的塑料是脆的。
Eagan和他的团队正在研究添加剂，或“相容剂”，以改善这些塑料的机械性能，使它们更柔韧。他们正在开发独特的纳米缝线，可以无缝地连接两种聚合物的界面，而不依赖于传统的粘合剂。这可以帮助制造商使用更多的可回收材料，并获得更可预测的高质量产品。
伊根说：“最终目标是增加回收利用的内容。”“商品的制造和生产约占世界温室气体排放量的五分之一。如果你能减少过程损失或能源强度，这将对我们的任务和净零目标产生重大影响。”
Eagan正在开发的添加剂中受影响最大的材料将是被分类为1、2、4和5的塑料——水和汽水瓶、洗发水和护发素瓶、面包袋、瓶盖、吸管、塑料外卖容器和更多的日常塑料制品。
“聚乙烯和聚丙烯约占所有塑料产量的三分之二，没有它们就无法进入现代世界，”伊根说。“因此，我们正在寻找如何使再生塑料比目前易碎的再生塑料更耐用。”
为了帮助实现这一目标，参与UA组织“宝贵塑料”和“可持续世界工程师”的本科生与Eagan合作，收集聚乙烯和聚丙烯塑料，通过回收过程制作3d打印的长丝，如花盆和钥匙链。塑料也可以转化为长丝用于3D打印，有助于在未来的可持续发展中发挥作用。这些努力得到了Synthomer基金会的支持。
投资3D打印
可持续性可以继续改善的方法之一是通过3D和4D打印变形材料。
高分子工程教授Kevin Cavicchi博士说：“与传统的注射成型相比，3D打印可以快速成型，而且资本成本更低。”“研究表明，对于制造独特产品（如珠宝或人体植入物）的行业来说，这种小规模生产可以节省资金。”
Cavicchi的研究小组利用校园内的3D打印实验室，该实验室已由空军提供的数字微电子教育和培训生态系统补助金进行了扩展。他们正在进行4d打印，其中第四维是时间，这意味着材料在打印后很长一段时间内对刺激做出反应并改变其形状。
Cavicchi的研究方向是形状记忆聚合物的合成和表征，他说：“我们正在研究形状记忆材料，以开发具有优异弹性的聚合物，这种聚合物在固定位置时可以变形，在加热时可以恢复原来的形状。”“这是应用于3D打印的聚合物加工中出现的一个普遍特性——如果你把一个通过热成型制成的塑料杯加热，它就会开始恢复到原来的形状。”
根据Cavicchi的研究，有可能对其他响应性刺激进行编程，比如湿度，或者微调热反应，以产生复杂的运动，这对远程部署一个项目很有用，而不需要任何工具来引导它。
像Eagan一样，Cavicchi正在与学生接触，并让下一代对3D打印和聚合物感到兴奋。通过项目SEED与美国化学学会，Cavicchi一直与阿克伦公立学校的学生在过去的两个夏天帮助3D打印材料，并指导和授权他们探索3D打印和材料开发的世界。
目前，他正在探索热和3d打印聚合物之间的相互作用，以研究双向形状记忆。例如，恒温器中的双金属带由于不同的热膨胀而卷曲和展开，调节炉循环。3D打印可以在打印过程中分层不同的热膨胀材料，创建双存储材料。
他补充说：“将这些材料用作人造肌肉和软机器人技术是令人兴奋的机会。”
Cavicchi的开创性工作不仅将形状记忆聚合物的功能扩展到其传统应用之外，而且还为智能材料的新时代奠定了基础，带来了无数令人兴奋的可能性。
Alex knely报道