Postępy w badaniach nad biokompozytami z wypełniaczami mineralnymi : właściwości, metody wytwarzania i zastosowania

• Autorzy: Fajdek-Bieda Anna , Wróblewska Agnieszka

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.8105

Warianty tytułu

EN

Research progress on mineral-filled biocomposites : properties, manufacturing methods and applications

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł przeglądowy przedstawia kompleksową analizę najnowszych badań nad biokompozytami opartymi na naturalnych minerałach jako wypełniaczach. Omówione są różnorodne minerały dostępne na rynku oraz ich potencjał w zakresie modyfikacji i poprawy właściwości kompozytów. Szczegółowo opisano metody wytwarzania biokompozytów, takie jak mieszanie, impregnacja i aplikacja powłok, z uwzględnieniem znaczenia parametrów procesowych i proporcji składników dla uzyskania optymalnych właściwości materiałów. Artykuł analizuje również najnowsze osiągnięcia naukowe związane z wykorzystaniem minerałów w biokompozytach, zwracając szczególną uwagę na ich wpływ na wytrzymałość, sztywność, odporność na działanie środowiska oraz biodegradację. Pomimo postępów w technologii wytwarzania biokompozytów, istnieje potrzeba dalszych badań nad optymalizacją procesów produkcyjnych, aby uzyskać materiały o jednorodnych właściwościach. Przyszłe badania powinny skupić się na analizie wpływu różnych typów minerałów i ich proporcji na właściwości biokompozytów. Biokompozyty z naturalnymi minerałami mają szerokie zastosowanie w różnych sektorach przemysłu, od budownictwa po motoryzację i pakowanie żywności, co sugeruje ich potencjał jako alternatywy dla tradycyjnych tworzyw sztucznych, przyczyniając się do rozwoju bardziej ekologicznych materiałów.

EN

The review article presents a comprehensive analysis of recent research on biocomposites based on natural minerals as fillers. The various minerals available on the market and their potential to modify and improve the properties of composites are discussed. Methods of manufacturing biocomposites, such as blending, impregnation and coating application, are described in detail, taking into account the importance of process parameters and component ratios for achieving optimal material properties. The article also examines recent scientific developments related to the use of minerals in biocomposites, paying particular attention to their effects on strength, stiffness, environmental resistance and biodegradation. Despite advances in biocomposite manufacturing technology, there is a need for further research into optimizing manufacturing processes to obtain materials with homogeneous properties. Future research should focus on analyzing the effects of different types of minerals and their proportions on the properties of biocomposites. Biocomposites with natural minerals are widely used in various industrial sectors, from construction to automotive and food packaging, suggesting their potential as an alternative to traditional plastics, contributing to the development of greener materials.

Słowa kluczowe

PL

biokompozyty; minerały naturalne; właściwości mechaniczne; rozwój zrównoważony

EN

biocomposites; natural minerals; mechanical properties; sustainable development

• Wydawca: Akademia im. Jakuba z Paradyża w Gorzowie Wielkopolskim
• Czasopismo: Journal of Engineering 360
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 1, Iss. 1/24
• Strony: 24--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., tab.

Twórcy

autor

Fajdek-Bieda Anna

• Katedra Energetyki i Bezpieczeństwa Technicznego, Wydział Techniczny, Akademia Jakuba z Paradyża w Gorzowie Wielkopolskim, ul. Chopina 52, 66-400 Gorzów Wielkopolski

• https://orcid.org/0000-0001-5861-5209

autor

Wróblewska Agnieszka

• Katedra Materiałów Katalitycznych i Sorbentów, Wydział Technologii Chemicznej i Inżynierii, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, al. Piastów 42, 71-065 Szczecin

• https://orcid.org/0000-0002-9713-259X

Bibliografia

• 1. Gajlewicz I, Lenartowicz M. Nowe kierunki uniepalniania tworzyw polimerowych. Przetwórstwo Tworzyw. 2014;20:14-22.
• 2. Milewski O. Legislacja warunkuje zmiany na rynku uniepalniaczy. Chemia i Biznes. 2012;3:45-50.
• 3. Iwko J. Zachowanie się tworzyw sztucznych w warunkach pożarowych. Część II – Pomiary palności oraz metody uniepalniania tworzyw sztucznych. Tworzywa Sztuczne i Chemia. 2009;6:12-20.
• 4. Polok-Rubiniec M, Włodarczyk-Fligier A, Chmielnicki B, Jurczyk S. Konstrukcyjne kompozyty polimerowe z napełniaczami węglowymi. Przetwórstwo Tworzyw. 2018;24:5-14.
• 5. Klepka T. Nowoczesne materiały polimerowe i ich przetwórstwo. Lublin: Politechnika Lubelska; 2014:26-28.
• 6. Olejnik M. Nanokompozyty polimerowe z udziałem montmorylonitu – otrzymywanie, metody oceny, właściwości i zastosowanie. Techniczne Wyroby Włókiennicze. 2008;5:67-74.
• 7. Janik J. Właściwości i struktura kompozytów polipropylen/krzemian warstwowy. Kompozyty. 2004;4:2005-2011.
• 8. Sionkowski G, Kaczmarek H. Polimery z nanocząstkami srebra – wybrane układy – otrzymywanie, właściwości, zastosowanie. Polimery. 2010;55:545-551.
• 9. Szczygielska A, Kijeński J. Zastosowanie haloizytu jako napełniacza do modyfikacji polipropylenu. Część II. Badania właściwości otrzymanych kompozytów PP z HNT. Kompozyty. 2010;10:186-191.
• 10. Paciorek-Sadowska J, Borowicz M, Czupryński B, Liszkowska J, Tomaszewska E. Zastosowanie haloizytu jako napełniacza do produkcji sztywnych pianek poliuretanowo-poliizocyjanurowych. Polimery. 2018;63:185-190.
• 11. Olejnik M. Nanokompozyty polimerowe – Rola nanododatków. Techniczne Wyroby Włókiennicze. 2008;16:25-31.
• 12. Oleksy M, Heneczkowski M, Galina H. Kompozyty żywicy epoksydowej zawierające modyfikowane bentonity. Polimery. 2006;51:799-808.
• 13. Stoch L. Minerały ilaste. Warszawa: Wyd. Geologiczne; 1984.
• 14. Pawlak A, Morawiec J, Piorkowska E, Galeski A. Structure and properties of isotactic polypropylene composites with thermotropic liquid crystalline polymer. Polimery. 2004;49:240-244.
• 15. Kędzierski M, Penczek P. Polyimides with enhanced thermal and mechanical properties. Polimery. 2004;49:801-805.
• 16. Piszczyk Ł, Hejna A, Formela K, Danowska M, Strankowski M. Morfologia, właściwości mechaniczne i termiczne elastycznych pianek poliuretanowych modyfikowanych glinokrzemianami warstwowymi. Polimery. 2014;59:811-816.
• 17. Banasiak A, Sterczyński T. Właściwości kompozytów polimerowych PE+Talk. Kompozyty. 2002;3:126-130.
• 18. Hornsby PR. Mineral fillers in thermoplastics: Rheology, compounding and processing of filled thermoplastics. Adv Polym Sci. 1999;139:155-217.
• 19. Rothon RN. Mineral fillers in thermoplastics: Filler manufacture and characterisation. Adv Polym Sci. 1999;139:67-107.
• 20. Gibas E. Folie polietylenowe: surowce i niezbędne dodatki. Przetwórstwo Tworzyw. 2014;20:224-232.
• 21. Nowacka M, Niemczuk D. Nowoczesne materiały i wyroby przeznaczone do kontaktu z żywnością i ich wpływ na bezpieczeństwo żywności. Opakowanie. 2012;6:64-69.
• 22. Dobrosielska M, Dobrucka R, Brząkalski D, Kozera P, Martyła A, Gabriel E, Kurzydłowski KJ, Przekop RE. Polyamide 11 composites reinforced with diatomite biofiller—Mechanical, rheological and crystallization properties. Polymers. 2023;15:1563.
• 23. Gigante V, Coltelli MB, Vannozzi A, Panariello L, Fusco A, Trombi L, Donnarumma G, Danti S, Lazzeri A. Flat die extruded biocompatible poly(lactic acid) (PLA)/poly(butylene succinate) (PBS) based films. Polymers. 2019;11:1857.
• 24. Shamsuri AA, Mohd Zolkepli MN, Mohamed Ariff AH, Sudari AK, Abu Zarin M. A preliminary investigation on processing, mechanical and thermal properties of polyethylene/kenaf biocomposites with dolomite added as secondary filler. J Compos. 2015;2015:760909.
• 25. Haveriku S, Meucci M, Badalassi M, Cardelli C, Ruggeri G, Pucci A. Optimization of the mechanical properties of polyolefin composites loaded with mineral fillers for flame retardant cables. Micro. 2021;1:102-119.
• 26. Skakov M, Bayandinova M, Ocheredko I, Tuyakbayev B, Nurizinova M, Gradoboev A. Influence of diabase filler on the structure and tribological properties of coatings based on ultrahigh molecular weight polyethylene. Polymers. 2023;15:3465.
• 27. Rajpurohit SR, Dave HK. Effect of process parameters on tensile strength of FDM printed PLA part. Rapid Prototyp J. 2018;24:1317-1324.
• 28. Bulanda K, Oleksy M, Oliwa R. The influence of selected fillers on the functional properties of polycarbonate dedicated to 3D printing applications. Polymers. 2024;16:592.
• 29. Vater C, Bräuer C, Grom S, Fecht T, Ahlfeld T, von Witzleben M, Placht AM, Schütz K, Schehl JM, Wolfram T, et al. Poly(dl-lactide) polymer blended with mineral phases for extrusion 3D printing - Studies on degradation and biocompatibility. Polymers. 2024;16:1254.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).