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Um novo método de impressão 3D desenvolvido por engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego é tão simples que usa tinta de polímero e solução de água salgada para criar estruturas sólidas. O trabalho, publicado em Comunicações da Naturezatem o potencial de tornar a fabricação de materiais mais sustentável e ecologicamente correta.
O processo usa uma solução de polímero líquido conhecida como poli(N-isopropilacrilamida), ou PNIPAM para abreviar. Quando essa tinta PNIPAM é extrudada por uma agulha em uma solução de sal de cloreto de cálcio, ela se solidifica instantaneamente ao entrar em contato com a água salgada. Os pesquisadores usaram esse processo para imprimir estruturas sólidas com facilidade.
Essa rápida solidificação é impulsionada por um fenômeno chamado efeito salting-out, onde os íons de sal retiram moléculas de água da solução de polímero devido à sua forte atração pela água. Essa remoção de água faz com que as cadeias de polímero hidrofóbicas na tinta PNIPAM se agreguem densamente, criando uma forma sólida.
“Tudo isso é feito em condições ambientais, sem necessidade de etapas adicionais, equipamentos especializados, produtos químicos tóxicos, calor ou pressão”, disse o autor sênior do estudo, Jinhye Bae, professor do Departamento de Engenharia Química e Nano da Família Aiiso Yufeng Li na Escola de Engenharia Jacobs da UC San Diego.
Métodos tradicionais para solidificar polímeros normalmente exigem etapas intensivas em energia e substâncias duras. Em contraste, este novo processo aproveita a interação simples entre PNIPAM e água salgada em temperatura ambiente para atingir o mesmo resultado, mas sem o custo ambiental.
Além disso, esse processo é reversível. As estruturas sólidas produzidas podem ser facilmente dissolvidas em água doce, revertendo para sua forma líquida. Isso permite que a tinta PNIPAM seja reutilizada para impressão posterior. “Isso oferece uma abordagem simples e ecologicamente correta para reciclar materiais de polímero”, disse Bae.
Para demonstrar a versatilidade do método, os pesquisadores imprimiram estruturas de tintas PNIPAM contendo outros materiais. Por exemplo, eles imprimiram um circuito elétrico usando uma tinta feita de PNIPAM misturada com nanotubos de carbono, que alimentou com sucesso uma lâmpada. Este circuito impresso também pode ser dissolvido em água doce, mostrando o potencial para criar componentes eletrônicos solúveis em água e recicláveis.
Bae e sua equipe imaginam que essa técnica de impressão 3D simples e reversível pode contribuir para o desenvolvimento de tecnologias de fabricação de polímeros ecologicamente corretas.
Artigo: “Impressão 3D sustentável por efeitos de salting-out reversíveis com soluções salinas aquosas.” Os coautores incluem Donghwan Ji, Joseph Liu, Jiayu Zhao, Minghao Li e Yumi Rho, UC San Diego; e Hwanshoo Shing e Tae Hee Han, Universidade Hanyang, Coreia.
Este trabalho foi apoiado pela National Science Foundation por meio do Centro de Pesquisa em Ciência e Engenharia de Materiais da UC San Diego (MRSEC, bolsa DMR-2011924) e pelo Programa de Pesquisa em Ciências Básicas por meio da National Research Foundation of Korea, financiado pelo Ministério da Educação (bolsa RS-2023-00241263).
Divulgações: Jinhye Bae, Joseph Liu e Donghwan Ji registraram uma patente para este trabalho por meio do UC San Diego Office of Innovation and Commercialization. Os autores declaram não haver conflitos de interesses.
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