Ученые ТПУ создали мембраны для химической промышленности и биомедицины из отходов 3D-печати ПЭКК-пластика

Результаты исследования опубликованы в журнале Polymer (Q1, IF 4.1).

Полиэфиркетонкетон – высокоэффективный полимер, обладающий прочностными характеристиками, близкими к металлам, высокой температурой плавления и химической стабильностью. Благодаря этим свойствам, ПЭКК-пластик активно используют для изготовления различных деталей машин, имплантатов и конструкций тканевой инженерии. Также эта группа полимеров очень перспективна для применения в нанофильтрации. Однако эти же характеристики – высокая термическая и химическая стабильность – влияют на сложность переработки отходов процесса 3D-печати ПЭКК-пластика.

«Переработка отходов 3D-печати в полезное сырье и продукты – очень популярное и перспективное направление. Однако, как нам известно, ПЭКК-пластик в подобных проектах и исследованиях ранее не использовался. Мы предложили изготавливать из отходов ПЭКК полимерные мембраны методом электроформования. Подобные мембраны широко применяются в таких областях, как биомедицинская инженерия, технологии фильтрации, мягкая робототехника, биосенсоры», – говорит руководитель проекта, научный сотрудник Центра аддитивных технологий общего доступа ПИШ ТПУ Семен Горенинский.

Электроформование (или электропрядение, электроспиннинг – ред.) – уникальная технология, основанная на формировании полимерных волокон из раствора под действием приложенного электрического поля. При этом, по словам ученых, на сегодняшний день информация об оптимальных режимах электроформования для изготовления ПЭКК-мембран ограничена.

«В рамках нашего исследования было изучено влияние параметров электроформования, например, приложенного напряжения, скорости потока прядильного раствора, концентрации полимера в прядильном растворе, на свойства ПЭКК-мембран. Кроме того, нами подобраны режимы формования, позволяющие получать мембраны без дефектов. Для изготовления прядильных растворов использовались отходы 3D-печати из ПЭКК. Нами было исследовано влияние параметров процесса на морфологические характеристики (диаметр волокон, пористость), кристаллическую структуру и химический состав мембран», – добавляет молодой ученый.

Указанные выше параметры члены научного коллектива исследовали методами оптической и электронной микроскопии, ИК-спектроскопии, рентгеновской дифракции и интрузии жидкости. Также были изучены три важных характеристики сформированных мембран – химическая стабильность, прочность на разрыв и биосовместимость.

«Проведенные исследования показали, что полученные нами мембраны из отходов 3D-печати ПЭКК-пластиком являются биосовместимыми и химически стабильными в агрессивных кислотных и щелочных условиях. Кроме того, механические свойства мембран делают их конкурентноспособными с прочими материалами, используемыми для фильтрации. Таким образом, изготовление ПЭКК-мембран методом электроформования является эффективным методом переработки отходов 3D-печати в материалы, обладающие высоким потенциалом для применения в промышленных и биомедицинских приложениях. Полученные результаты станут основой для дальнейших исследований по изготовлению ПЭКК-мембран с заданными характеристиками», – подытоживает политехник.

Исследование выполнялось при поддержке нацпроекта Министерства науки и высшего образования РФ «Наука» и гранта РНФ. В проекте участвовали сотрудники Центра аддитивных технологий общего доступа ПИШ ТПУ, НОЦ им. Вейнберга Инженерной школы ядерных технологий ТПУ, Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Сеченовского Университета и Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН.

Пресс-релиз