AESO-based composites filled with biochar obtained by LCD 3D printing

Le tecniche di manifattura additiva (AM) hanno attirato l'attenzione della comunità scientifica per la loro capacità di produrre rapidamente oggetti di forme complesse a partire da progetti generati al computer. Queste tecniche offrono numerosi vantaggi nella produzione di oggetti con alto livello di precisione, efficienza dei costi e possibilità di creare geometrie personalizzate riducendo al contempo gli sprechi di materiale. I polimeri e i loro compositi sono ampiamente utilizzati nelle industrie moderne e sono di particolare interesse nella AM, specialmente per applicazioni nei settori medico, aerospaziale e automobilistico. Tuttavia, sono altamente resistenti alla biodegradazione e la maggior parte di essi proviene attualmente da fonti fossili non rinnovabili. Il che porta a un crescente inquinamento da plastica che rappresenta una grave minaccia ambientale globale influenzando la qualità del suolo, dell'acqua e dell'aria. Di conseguenza, la ricerca scientifica accademica e l'industria manifatturiera stanno lavorando per sostituire i polimeri a base di combustibili fossili con alternative bio-based derivanti da fonti rinnovabili. L'obiettivo del presente lavoro di tesi è stato la preparazione e la caratterizzazione di compositi bio-based, ottenuti tramite stampa 3D, a partire da polimeri termoindurenti fotoreticolabili. L'olio di soia epossidato acrilato (AESO) al 50% p/p è stato scelto come materiale polimerico di partenza, insieme al 50% p/p di un diluente reattivo, l'isobornil metacrilato (IBOMA), che migliora la stampabilità dell'AESO riducendone l'elevata viscosità. Il 2phr di fenilbis(2,4,6-trimetilbenzoil) ossido di fosfina (BAPO) è stato incorporato come fotoiniziatore radicalico per promuovere il processo di fotopolimerizzazione, condotto utilizzando una stampante 3D con schermo a cristalli liquidi (LCD). Per migliorare le proprietà della resina di partenza, è stato aggiunto biochar, un biofiller carbonioso derivante dalla pirolisi della biomassa, a concentrazioni di 0.5, 1 e 2 phr. La biomassa è abbondante, rinnovabile e sostenibile, il che rende il biochar un buon candidato per sostituire le risorse derivanti da combustibili fossili. Inizialmente sono state eseguite misure reologiche per valutare la viscosità e la stampabilità delle formulazioni. Dopo aver determinato i parametri di stampa ottimali per tutte le formulazioni, sia con che senza biochar, diverse geometrie sono state stampate tramite LCD in oggetti progressivamente più complessi, con un numero variabile di strati e un buon livello di accuratezza dimensionale. Infine, i composti polimerici sono stati sottoposti a test di caratterizzazione, tra cui test meccanici, termici e morfologici. I risultati di questo lavoro sperimentale evidenziano che le resine a base di olio di soia caricate con biochar possono essere valide candidate per la stampa 3D di materiali compositi polimerici. Inoltre, mostrano un elevato potenziale come alternative sostenibili ai polimeri convenzionali, promuovendo un futuro più ecologico e rispettoso dell’ambiente.