Forscher entwickeln Methode für 3D-Druck umweltfreundlicher Polymerverbundteile aus Landinsekten

Ein internationales Team aus Asien hat eine Methode für den 3D-Druck umweltfreundlicher Polymerverbundteile aus einer Verbindung aus Landinsekten entwickelt. Die Forscher nutzten dazu Chitosan aus Chitin, das in Exoskeletten von Arthropoden wie Insekten sowie in Meerestieren wie Krabbenpanzern vorkommt.

Das Team setzt sich aus Wissenschaftlern des Sri Ramakrishna Engineering College in Tamil Nadu, dem Singapore Institute of Technology, der Newcastle University in Singapur, der Mahidol University in Thailand und der Universiti Teknologi Malaysia zusammen.

Ihre Studie haben sie im Fachjournal Journal of Polymers and the Environment in einem Artikel mit dem Titel „Characterization and Performance of Additive Manufactured Novel bio-waste Polylactic acid eco-friendly Composites“ veröffentlicht.

Umweltfreundliche Rohstoffe für 3D-Druck

Die steigende Nachfrage nach Rohstoffen für den 3D-Druck motiviert Forscher und Unternehmen, sich auf die Suche nach geeigneten Materialien zu machen. Diese sollen nicht nur bestimmte Eigenschaften erfüllen, sie müssen auch zum UN-Nachhaltigkeitsziel 12 passen, also die Förderung nachhaltiger Konsum- und Produktionsmuster sicherstellen. Landinsekten gibt es im Überfluss. Sie sind zugänglich und haben einen relativ hohen Chitingehalt in ihren Exoskeletten und sind daher eine potenzielle Quelle für Chitosan.

Laut den Forschern ist die Gewinnung von Chitosan aus terrestrischen Insekten von Vorteil, da es eine nachhaltige und umweltfreundliche Produktion erlaubt. Insekten können einfach gezüchtet und in großen Mengen geerntet werden, ohne die Umwelt zu verschmutzen. Andere Chitosanquellen wie Garnelen oder Krabbenschalen sind nicht nachhaltig und wirken sich negativ auf die Umwelt aus.

Machbarkeitsstudie

In ihrer Studie untersuchen die Forscher die Machbarkeit der Entwicklung eines umweltfreundlichen Verbundmaterials. Es zeigte sich, dass die Zugabe von Chitin und Chitosan von Landinsekten in die Polymilchsäure (PLA)-Matrix zu einer Abnahme der Festigkeit und Steifheit führte, die sich mit steigenden Konzentrationen von Chitin und Chitosan verschlechterte. Die niedrigste Zug- und Biegefestigkeit hatte das Verbundmaterial mit 0,5 Gewichtsprozent Chitin-Verstärkung im Vergleich zu anderen Verbundwerkstoffen. Dass sich Festigkeit und Steifigkeit der Chitin/PLA- und Chitosan/PLA-Verbundstoffe im Vergleich zu reinem PLA reduzierten, schreiben die Forscher der verringerten Grenzflächenbindung zwischen der Verstärkung und der Matrix zu.

Die Chitin/PLA- und Chitosan/PLA-Verbundstoffe erbrachten eine verbesserte Duktilität im Vergleich zu reinem PLA. Der 0,1 Gew.-% Chitin-Composite zeigte die höchste Duktilität, das Ausmaß, in dem ein Material Belastungen standhalten kann. Die Forscher kamen daher zu dem Schluss, dass Chitin und Chitosan zur Zähigkeit des PLA-Verbundstoffs beitragen könnten. Die Dichte der Verbundstoffe könnten laut der Studie mit steigenden Konzentrationen von Chitin und Chitosan zunehmen. Die Chitin/PLA- und Chitosan/PLA-Verbundstoffe zeigten eine gute thermische Stabilität und könnten aufgrund ihrer Druckeigenschaften potenzielle Anwendungen für Lebensmittelverpackungen haben.

Vor rund drei Jahren haben Forscher aus Singapur ebenfalls an einer Methode zur Gewinnung von 3D-Druck-Materialien aus Abfällen gearbeitet. Sie verwendeten unter anderem pilzartiges Klebematerial namens FLAM, das aus Chitin und Cellulose aus Krustentier- und Insektenschalen, Holz und Papier entstand. Bleiben Sie mit einem Abonnement unseres Newsletters über Forschungen und andere 3D-Druck-Themen auf dem Laufenden.