科学者たちは、より環境に優しい建築のためのナノセルロースベースの生体材料のテストに成功しました。
チャルマーズ工科大学とスウェーデンのワレンバーグ木材科学センターの研究者は、植物に含まれるセルロース繊維に由来する物質であるナノセルロースで作られたヒドロゲル材料を 3D プリントしました。
ナノセルロース 3D プリンティング技術は、材料の生体適合性と湿潤性により、はるかに小規模で、主に生物医学内で使用されてきました。しかし研究チームによると、これまで建築材料として使用されたことはなかったという。
「これは、建築用途向けに大規模な 3D プリントを行う初めての試みです。この材料は、生物医学産業の研究の範囲内で、非常に小さな物体として以前にも 3D プリントされていました。しかし、これを建築に適用したのはこれが初めてです」とチャルマーズ工科大学准教授のマルゴルザタ・A・ズボインスカ氏はユーロニュース・ネクストに語った。
研究者によると、ナノセルロースは3Dプリントして乾燥させると非常に軽量な素材になるという。これは、窓スクリーン、日射遮蔽ブラインド、吸音パネルシステム、部屋の間仕切りの一部など、今日の建物で使用されているあらゆる種類の軽量充填材が置き換えられる可能性があることを意味します。
「幅広い用途の可能性があります」とズボインスカ氏は語った。
チームはマッチ箱ほどの小さなプロトタイプから開始し、現在の A4 紙サイズまで拡大しました。これは、建物内の小型コンポーネントのタイル システムとしてすでに適用されている可能性があります。
「つまり、複数の部品を組み立てて、壁の外装材として使用したり、建物に使用されている壁紙やその他の材料の代わりに使用したりすることができます。しかしもちろん、さらにスケールアップして壁全体をカバーできる大きなピースを作る可能性はあります」とズボインスカ氏は語った。
3D プリント可能な材料を製造するために、研究チームはアルギン酸塩と呼ばれる藻類ベースの材料を追加しました。これにより、乾燥時にナノセルロース材料がより柔軟になります。
ハイドロゲルの使用には長所と短所の両方があるため、細心のキャリブレーションが必要です。
「ハイドロゲルには、3D プリント中に流れない特性があるため、液状化せず、私たちが望んだとおりの形状を維持します」とズボインスカ氏は言います。
「一方で、ハイドロゲルなので水分を多く含みます。そのため、材料の乾燥に関連して、材料内の収縮や変形に対処するという課題があります。しかし、3D プリントのパスを適切に設計すれば、これも軽減できます。」
持続可能な移行には環境に優しい建築材料が不可欠です
によれば、建設部門は EU の廃棄物総発生量の 35% 以上を占めています。欧州委員会そして専門家らは、環境に優しい建築材料は、環境に配慮した持続可能な未来に移行するために不可欠であると述べています。欧州グリーンディール。
研究チームによると、今回の研究で使用されたナノセルロースは、林業、製紙工場、わらの残渣などの農業で簡単に見つけることができるという。
「これらの製品を廃棄物にするのではなく、その材料を使って新しい材料を作成しようとしています。そして、それには水と混合された非常に小さなセルロース繊維だけが含まれています」とズボインスカ氏は言いました。
この技術は、ナノセルロースヒドロゲルのせん断減粘特性のおかげで、エネルギー効率も高くなります。
これは、圧力が加わるとナノセルロースヒドロゲルが液化し、3D プリントが可能になりますが、圧力が取り去られると形状が維持されることを意味します。
「実際には熱を一切使っていません。 3D プリントは室温で行われますが、これは材料の製造方法を考慮する場合に非常に重要です。製造方法も持続可能です」とズボインスカ氏は語った。
この技術は建築外装材としてはまだ準備が整っておらず、研究チームは今後も内装への応用に注力していく。
研究チームは、このような研究が設計者やエンジニアに基礎的な知識を提供し、将来「私たちの建物がより持続可能で環境に優しいものになる」ことを期待しています。
「計画では、材料の拡張性を引き続き検討し、場合によっては大規模なプロトタイプの準備も行う予定です。可能な限り広範な用途を実現したいと考えています」とズボインスカ氏は述べた。
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