近日，華南農(nóng)業(yè)大學生物質(zhì)3D打印材料研究中心提出了一種利用環(huán)保簡單方法制備出木質(zhì)素微納米球，并用于調(diào)節(jié)材料打印黏度以增強成品強度的方法。研究發(fā)現(xiàn)該法在增強打印材料的同時還顯著提升了作為廢棄物的木質(zhì)素的高附加值。這一成果近期以“Enhancing the performance of polylacticacid composites through self-assembly lignin nanospheres for fused deposition modeling” 發(fā)表于知名期刊《Composites Part B: Engineering》, 2022, 239：109968（影響因子9.078），文章的第一作者是博士研究生龍海波，通訊作者是張淑婷副教授，周武藝教授和董先明教授。
木質(zhì)素的儲存量相當大，是自然界第二大可再生聚合物，具有豐度高、成本低、穩(wěn)定性好、生物相容性好、含氧官能團充足等優(yōu)點，同時木質(zhì)素的生物降解性良好。現(xiàn)階段木質(zhì)素大多直接燃燒發(fā)電，造成嚴重的環(huán)境污染。使木質(zhì)素有利可圖的關(guān)鍵策略是找到應用，而不是燃燒它們來回收能量。與傳統(tǒng)的減法制造方法不同，3D打印是以根據(jù)3D模型數(shù)據(jù)制作對象的材料成型過程，這個過程通常是逐層進行的，不需要采用復雜模具。熔融沉積成型（Fused Deposition Modelling, FDM）是一種在材料被熔化、冷卻和固化，從而獲得3D幾何圖形的3D打印技術(shù)，即FDM就是在平臺上逐層鋪設熔融聚合物。與傳統(tǒng)成型方法相比，這種3D打印法具有節(jié)省材料和制造形狀復雜的產(chǎn)品的優(yōu)勢。由于可生物降解性、低熔融溫度和易于打印，聚乳酸是FDM中應用最多的材料之一。最終產(chǎn)品的機械性能取決于打印參數(shù)和打印材料，由于零件是通過在另一層上添加一層來印刷的，因此成品的最終強度取決于各層之間的附著力。
在此背景下，學者們使用通過改性木質(zhì)素，并用于增強聚乳酸聚合物，來調(diào)節(jié)打印材料間的相互作用力。華南農(nóng)業(yè)大學生物質(zhì)3D打印材料研究中心課題組基于現(xiàn)有打印技術(shù)方法提出了一個完整、簡便的利用木質(zhì)素構(gòu)筑形貌均勻的微納米球，并用于調(diào)節(jié)聚乳酸打印黏度進一步增強材料強度的方法。利用木質(zhì)素自身的兩親性可以直接制備出形貌規(guī)整，尺徑分布均勻的微納米球，同時相比傳統(tǒng)高分子球的制備方法，能省略表面活性劑的加入，進一步降低成本。成品的最終強度取決于各打印熔絲層之間的附著力。木質(zhì)素可以降低復合物打印黏度，而木質(zhì)素球可以進一步降低復合物的黏度，且所需摻雜量極低（0.25%~0.75%），低打印黏度可以使聚合物的親密接觸時間（頸部形成）和重復時間（擴散和隨機化時間）減少因而大大增強打印層之間的作用力.
最后，打印出的成品精度高，強度大。且材料環(huán)保可降解，同時制備材料所需的試劑皆為無毒，符合綠色環(huán)保的生產(chǎn)理念。