Kann Chitosan die Haltbarkeit von Kunststoffen im 3D-Druck verbessern?

Warum sollten wir nicht auf unsere natürlichen Ressourcen zurückgreifen, um neue Materialien für den 3D-Druck zu entwickeln? Das ist die Überlegung, die ein Team von Forschern aus Malaysia, Singapur, Thailand und Indien angestellt hat. Sie wollten herausfinden, wie sie Chitosan, ein natürliches Polymer, das in einigen Insekten vorkommt, nutzen könnten, um einen Verbundthermoplast herzustellen, der mit Extrusionsverfahren kompatibel ist. Ziel ist es, eine nachhaltigere und umweltfreundlichere Art der Produktion und des Konsums zu fördern. Ihre Tests führten zur Entwicklung mehrerer Polymere, insbesondere eines PLA-Verbundstoffs, der sich als dichter und temperaturbeständiger erwies.

Chitosan ist also ein Ableitungsprodukt von Chitin, einer harten, wasserundurchlässigen Substanz, die man bei einigen Insekten und in den Panzern von Schalentieren findet. Es ist ein natürliches Polymer, das in verschiedenen Branchen wie der Kosmetik-, Lebensmittel- und Medizinindustrie eingesetzt wird. Es zeichnet sich insbesondere durch seine biologische Abbaubarkeit und seine Biokompatibilität aus. Chitosan kann auf verschiedene Arten extrahiert werden und die Forscher haben sich nun für Landinsekten interessiert, um Verfahren wie die umweltschädliche Deacetylierung zu vermeiden.

Chitosan wird häufig aus Schalen von Krustentieren gewonnen

Das Team konzentrierte sich daher auf Landinsekten, die eine nachhaltige Quelle für Chitosan darstellen: sie lassen sich leicht züchten, ohne die Gesundheit unseres Planeten zu schädigen. Die Verwendung ihres Chitosans im Druck bleibt jedoch umstritten. Die Forscher mussten mehrere Experimente und Tests durchführen, bevor sie zufriedenstellende Ergebnisse erzielen konnten. Zunächst stellten sie nämlich fest, dass eine PLA-Matrix, die mit Chitosan und Chitin aus Landinsekten angereichert war, weniger widerstandsfähig und steif war. Je höher die Konzentration war, desto mehr nahm diese Festigkeit ab. Welchen Sinn hat es also, den marktgängigen Kunststoffen diese natürliche Ressource hinzuzufügen?

Bei weiteren Tests stellten die Forscher fest, dass die Verbundstoffe aus PLA/Chitosan und PLA/Chitin im Vergleich zu reinem PLA eine bessere Duktilität aufwiesen. Duktilität ist die Fähigkeit eines Materials, sich zu verformen, ohne zu brechen. Chitosan könnte also dazu führen, dass PLA härter wird. Die Tests zeigten auch, dass diese Verbundstoffe eine gute Wärmestabilität und gute Kompressionseigenschaften aufweisen, die für Anwendungen z. B. in Lebensmittelverpackungen interessant sind.

Eines ist sicher: Dieser Verbundstoff, der mit dem FFF-3D-Druckverfahren kompatibel ist, wäre umweltfreundlicher. Es bleibt abzuwarten, wie Chitosan mit anderen Matrizen wie z. B. ABS oder Polycarbonat reagieren würde. In der Zwischenzeit können Sie weitere Informationen HIER finden.

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*Titelbildnachweis: David Boily