木质纤维素及其衍生物在墨水直写式3D打印中的应用进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.10.020

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (10): 114-121.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.10.020

木质纤维素及其衍生物在墨水直写式3D打印中的应用进展

赵云浦, 万周原野, 齐云赓, 李海明()

大连工业大学轻工与化学工程学院，辽宁省生物质化学与材料重点实验室，辽宁木质纤维生物质精炼协同创新中心，辽宁大连 116034

收稿日期:2024-01-11 出版日期:2024-10-26 发布日期:2024-10-21
通讯作者: 李海明（1976-），男，教授，从事生物质精炼、生物质材料、制浆造纸相关领域研究，charley1114@163.com
E-mail:charley1114@163.com

A review of applications of ligncellulose and its derivatives for direct ink writing 3D printing

ZHAO Yunpu, WAN Zhouyuanye, QI Yungeng, LI Haiming()

Liaoning Key Lab of Lignocellulose Chemistry and BioMaterials，Liaoning Collaborative Innovation Center for Lignocellulosic Biorefinery，School of Light Industry and Chemical Engineering，Dalian Polytechnic University，Dalian 116304，China

Received:2024-01-11 Online:2024-10-26 Published:2024-10-21
Contact: LI Haiming E-mail:charley1114@163.com

摘要/Abstract

摘要：

三维（3D）打印是一种增材制造技术，已在许多领域用于制造复杂和高精度的产品。木质纤维素作为最丰富的可再生生物质资源，在制造绿色的3D打印材料方面具有巨大潜力。本文综述了木质纤维素及其衍生物在墨水直写式3D打印中的应用，并探讨了木质纤维素基3D打印材料未来面临的挑战和产业化前景。

关键词: 墨水直写, 纤维素, 半纤维素, 木质素, 三维打印

Abstract:

3D printing is an additive manufacturing technology that has been used in many fields to manufacture complex and high⁃precision products. As the most abundant renewable biomass resource， lignocellulose has great potential in the manufacture of green 3D⁃printing materials. This paper reviewed the application progress in lignocellulosic and its derivatives for ink⁃direct writing 3D printing. The challenges and industrialization prospects of lignocellulosic 3D⁃printing materials were discussed.

Key words: direct ink writing, cellulose, hemicellulose, lignin, 3D printing

中图分类号:

TQ320.66

赵云浦, 万周原野, 齐云赓, 李海明. 木质纤维素及其衍生物在墨水直写式3D打印中的应用进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(10): 114-121.

ZHAO Yunpu, WAN Zhouyuanye, QI Yungeng, LI Haiming. A review of applications of ligncellulose and its derivatives for direct ink writing 3D printing[J]. China Plastics, 2024, 38(10): 114-121.

图/表 11

图1 墨水直写式3D打印原理［2］

Fig.1 Schematic diagram of direct ink writing 3D printing［2］

图2 将生物质资源用于DIW打印的开发路线图［7］

Fig.2 Development roadmap of biomass resources for DIW printing［7］

纤维素种类	材料	打印成品	潜在应用	参考文献
CNC	食品原料/CNC	固体结构	食品工业	［12］
	CNC/WBPUU/CaCl₂	组织支架	组织工程	［13］
	PDA/CNC/PVA	支架	定向增强材料	［14］
MFC	PVA/MFC	细丝	组织工程、包装和过滤	［16］
BC	BC/PAA	金字塔和飞机	热绝缘体	［3］
CNF	CNF/CNT	神经细胞支架	组织工程	［17］

表1 纤维素在DIW中的应用

Tab.1 Application of cellulose in DIW

图3 WBPUU和WBPUU/CNC支架浸泡在氯化钙溶液中的交联方案［13］

Fig.3 A cross⁃linking scheme for WBPUU and WBPUU/CNC scaffolds immersed in calcium chloride solution ［13］

纤维素衍生物种类	原料	打印成品	潜在应用	参考文献
纤维素醚	CMC/ TA/HauCl₄	细丝	穿戴电子设备	［19］
	CS/HEC/ MA/nano⁃TiO₂	双层膜	食品保鲜	［20］
	SF/HPC/甲基丙烯酸酐	支架	治疗软骨损伤	［21］
	nAl/pCuO/HPMC	细丝	纳米铝热剂	［22］
纤维素酯	PLA/CA/MC	支架	抗菌领域	［23］
纤维素酯	CA/乙酸乙酯	网	油水分离	［24］

表2 纤维素衍生物在DIW中的应用

Tab.2 Application of cellulose derivatives in DIW

图4 通过DIW制作的双层膜［20］

Fig.4 Double layer films made through DIW［20］

图5 纤维素网的制作过程［24］

Fig.5 Fabrication procedure of cellulose mesh［24］

图6 通过DIW制作立方体模型［31］

Fig.6 Making cube models through DIW ［31］

图7 甲基丙烯酸化魔芋葡甘露聚糖用于DIW打印的示意图［35］

Fig.7 Schematic diagram of using konjac glucomannan methacrylate for DIW printing［35］

木质素类型	木质素含量/%	共混聚合物	交联	应用	参考文献
胶体木质素颗粒	0.5	CNF和海藻酸盐	利用Ca²⁺离子进行交联	组织工程	［4］
碱木质素	38~56	Pluronic F127	用PluronicF127进行交联	包装工程	［38］
有机溶剂木质素	25	羟丙基纤维素	与二聚脂肪酸进行酯化反应	传感器	［39］
有机溶剂木质素	50	羟丙基纤维素	与柠檬酸进行交联	包装	［42］

表3 用于墨水直写式打印的木质素基油墨

Tab.3 Lignin⁃based inks for direct ink writing

图8 可用于伤口愈合的木质素基凝胶的制备及应用［46］

Fig.8 Preparation and application of lignin⁃based gel for wound healing［46］

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木质纤维素及其衍生物在墨水直写式3D打印中的应用进展

A review of applications of ligncellulose and its derivatives for direct ink writing 3D printing

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