La formula di stampa 3D dei ricercatori potrebbe trasformare il futuro della schiuma
Dai cuscini dei sedili ai materassi, fino all'isolamento, la schiuma è ovunque, anche se non sempre la vediamo. Ora, i ricercatori dell'Università del Texas a Dallas hanno fuso la chimica con la tecnologia per creare una schiuma stampata in 3D che è più resistente e più riciclabile della schiuma polimerica presente in molti prodotti di uso quotidiano.
I ricercatori dell'Università del Texas a Dallas hanno fuso la chimica con la tecnologia per creare una schiuma stampata in 3D che è più resistente e più riciclabile della schiuma polimerica presente in molti prodotti di uso quotidiano. La ricerca, pubblicata nell'edizione stampata il 1° marzo di RSC Applied Polymers, si è concentrata sulla creazione di una schiuma robusta ma leggera che potesse essere stampata in 3D.
University of Texas at Dallas
La ricerca, pubblicata nell'edizione stampata il 1° marzo di RSC Applied Polymers, una rivista della Royal Society of Chemistry, si è concentrata sulla creazione di una schiuma robusta ma leggera che potesse essere stampata in 3D, un metodo ancora largamente inesplorato nella produzione commerciale, ha dichiarato la coautrice dello studio, la dottoranda Rebecca Johnson BS'20 dell'UT Dallas.
"Questo è probabilmente il progetto più lungo che abbia mai fatto", ha detto Johnson, che intende completare il suo dottorato in chimica a maggio. "Dall'inizio alla fine ci sono voluti poco più di due anni. In gran parte si è trattato di cercare di ottenere la formulazione corretta del polimero per renderlo compatibile con la stampante 3D".
Anche se la creazione di nuovi materiali compatibili con la tecnologia 3D è una sfida, ha detto Johnson, il processo di stampa 3D ha permesso ai ricercatori di creare forme complesse che potrebbero essere personalizzate nelle applicazioni di produzione. Per dimostrare il proof-of-concept, i ricercatori hanno prodotto schiuma a forma di cane a palloncino.
"L'obiettivo del progetto era quello di affrontare alcune limitazioni della stampa 3D in termini di produzione di schiuma polimerica", ha dichiarato il dottor Ron Smaldone, professore associato di chimica e biochimica presso la School of Natural Sciences and Mathematics e autore corrispondente dello studio. "Uno dei principali usi, o interessi, delle schiume stampabili in 3D è l'isolamento e l'assorbimento degli urti".
Con ulteriori ricerche e sperimentazioni, ha detto Smaldone, questo tipo di schiuma e di processo potrebbe essere utilizzato per articoli ad alto assorbimento degli impatti, come caschi da moto o da calcio, paraurti di automobili o armature. Ha inoltre sottolineato che la stampa 3D consente di creare strutture più complesse, come i reticoli sottili, che possono aumentare la flessibilità fisica del materiale e fornire maggiore versatilità per le applicazioni.
I ricercatori hanno anche esaminato come realizzare un materiale che possa essere stampato in 3D in un prodotto finale coerente e senza molti difetti. La maggior parte delle schiume commerciali è termoindurente, cioè subisce una reazione chimica durante lo stampaggio che blocca in modo permanente la sua struttura, impedendole di essere rimodellata, fusa o sciolta. Di conseguenza, la maggior parte delle schiume polimeriche non può essere riciclata e finisce nelle discariche, ha detto Smaldone.
I ricercatori della UT Dallas hanno sviluppato la loro schiuma resistente utilizzando speciali legami reversibili, chiamati chimica covalente dinamica. Sebbene la schiuma non possa essere completamente fusa e rimodellata come la plastica, questi legami permettono al materiale di ripararsi quando viene danneggiato, rendendolo più versatile e duraturo.
"Non siamo certo gli unici a cercare di farlo", ha detto Smaldone. La novità consiste nell'utilizzare la chimica dinamica per stampare un materiale espanso davvero eccezionale". La prossima domanda da affrontare sarà: come possiamo mettere a punto le proprietà e utilizzare questo nuovo tipo di conoscenza per soddisfare una varietà di esigenze diverse?".
Johnson e l'altro coautore dello studio, il dottorando in chimica Ariel Tolfree BS'23, hanno sviluppato le loro idee dopo aver studiato ricerche simili nel settore. Tolfree, che attribuisce a Johnson il ruolo di mentore, intende approfondire la ricerca esaminando come rendere la schiuma più riciclabile ed esplorando il potenziale di sostenibilità della schiuma.
Tolfree ha detto che la creazione di un cane di gommapiuma come uno degli oggetti di prova del gruppo è stata una scelta naturale.
"È una forma semplice, ma rappresenta perfettamente le nostre schiume", ha detto Tolfree. "Un palloncino sembra ordinario finché non viene trasformato in qualcosa di nuovo, quasi sfidando le aspettative. Le nostre schiume sono uguali: all'inizio sono insignificanti, ma una volta espanse e trasformate diventano qualcosa di straordinario".
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Pubblicazione originale
Rebecca M. Johnson, Ariel R. Tolfree, Gustavo Felicio Perruci, Lyndsay C. Ayers, Niyati Arora, Emma E. Liu, Vijayalakshmi Ganesh, Hongbing Lu, Ronald A. Smaldone; "3D printable polymer foams with tunable expansion and mechanical properties enabled by catalyst-free dynamic covalent chemistry"; RSC Applied Polymers, Volume 3, 2025
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