美国能源部橡树岭国家实验室的科学家们已为可再生的3D打印原材料创造了一种配方，能够对难处理的生物精练副产品——木质素带来可盈利的新用途。

这一发现在《Science Advances》杂志中有详细介绍，它令美国能源部（简称“DOE”）橡树岭国家实验室（简称“ORNL”）在“创造木质素的新用途以降低生物制品的成本”方面扩大了其成就。

木质素是来源于生物质加工的剩余材料。“找到木质素的新用途可以提高整个生物精炼过程的经济性。”ORNL的项目负责人Amit Naskar表示。

研究人员们将熔融稳定的硬木木质素与传统塑料——低熔点的尼龙以及碳纤维结合在一起，创造出了一种复合材料。

该复合材料的特性恰到好处，适合于挤出，并可在打印过程中确保层间的焊接强度，同时还拥有出色的力学性能。

这项研究很微妙：木质素易于炭化，与诸如石油基热塑性塑料制成的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）不同，它只能被加热到一定温度而软化，然后从3D打印喷嘴中挤出。如果长时间暴露在高温下，会显著增加其黏度，从而使其变得太厚而不易被挤出。

但是，当研究人员将木质素与尼龙结合在一起时，他们发现了一个惊人的结果： 这种复合材料的室温刚性提高了，而其熔融黏度减低了。

这种木质素-尼龙材料拥有类似尼龙的拉伸强度，而实际上其黏度要比传统的ABS或耐冲击聚苯乙烯要低。

新的复合材料使木质素成为一种可再生的3D打印材料

这些科学家们在高通量同位素反应堆中进行了中子散射，并在纳米相材料科学中心（DOE 在ORNL的科学用户设施办公室）使用高级显微镜来探索复合材料的分子结构。

他们发现，木质素与尼龙的结合，似乎为复合材料带来了润滑或塑化的效果。

“木质素的结构特征对于增强材料的3D打印能力至关重要。”参与此项目的ORNL的Ngoc Nguyen表示。

科学家们还能够混合更高比例的木质素——重量百分比在40%～50%，这是对木质素基打印材料探索而取得的新成就。

然后，ORNL的科学家们将4%～16%的碳纤维添加到该混合物中。这种新的复合材料更易于加热，对于更快的打印速度而言，流动也更快，从而能够获得更强的产品。

“ORNL世界一流的材料表征与合成能力，对于应对挑战，以将像木质素之类的副产品转变成联产品，从而为行业创造潜在的新收入来源，以及为先进制造创造新的可再生复合材料是至关重要的。”能源与环境科学实验室副主任Moe Khaleel表示。

这种木质素-尼龙复合材料正在申请专利，提炼材料以及寻找其他处理方法的工作正在进行之中。

这项研究得到了DOE的能源效率办公室和可再生能源生物能源技术办公室的资助。

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