Effect of wood flour addition and modification of its surface on the properties of rotationally molded polypropylene composites

• Autorzy: Barczewski M. , Szostak M. , Nowak D. , Piasecki A.

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2018.11.5

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatku mączki drzewnej i jej modyfikacji powierzchniowej na właściwości kompozytów polipropylenowych otrzymywanych w procesie odlewania rotacyjnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this study was to assess the effect of wood flour addition and the treatment of its surface on the properties and structure of rotationally molded (rotomolded) polypropylene. In this study, a random polypropylene copolymer (rPP) micropellet was rotationally molded with the direct addition of 5 wt % of commercial grade of wood flour Lignocel C120, untreated (WF) and chemically treated (mWF). Part of the natural filler was chemically modified by a silanization process using 3-aminopropyltriethoxysilane (3-APS). The structure, quality and mechanical properties of the polypropylene and composite rotomolded parts were discussed in terms of changes in the material’s thermal properties, evaluated by differential scanning calorimetry (DSC), thermomechanical properties, obtained by dynamic mechanical-thermal analysis (DMTA), and dynamic rheological properties, assessed by oscillatory rheometry. The structure of composites and fillers was analyzed by means of a scanning electron microscopy (SEM), while the analysis of the chemical structure of materials and final products was carried out by a Fourier transform infrared spectrometry (FT-IR). It was found that adding the natural filler, despite the application of a preliminary drying and chemical treatment caused creation of the pores and decreased the overall mechanical properties of the composites. The lower processing ability of the composites was ascribed to a higher complex viscosity and an increase in the elastic behavior of molten composite materials in comparison to pure rPP.

PL

Kompozyty polipropylenowe napełniane mączką drzewną otrzymywano metodą odlewania rotacyjnego. Rotowaniu poddawano kopolimer polipropylenowy (rPP) w postaci mikrogranulatu wraz z dodatkiem 5 % mas. niemodyfikowanej (WF) oraz modyfikowanej chemicznie (mWF) mączki drzewnej Lignocel C120, wprowadzonej razem z polipropylenem bezpośrednio do formy. Mączkę drzewną modyfikowano chemicznie w procesie silanizacji z zastosowaniem 3-aminopropylotrietoksysilanu (3-APS). Strukturę, jakość oraz właściwości mechaniczne odlewów polipropylenowych i kompozytowych omówiono w odniesieniu do zmodyfikowanych właściwości cieplnych ocenianych metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), właściwości termomechanicznych badanych za pomocą dynamiczo-mechanicznej analizy termicznej (DMTA) oraz właściwości reologicznych określanych techniką reometriirotacyjnej. Strukturę kompozytów oraz napełniaczy badano z zastosowaniem skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Zmiany struktury chemicznej napełniaczy oraz odlewów oceniano na podstawie rejestrowanych widm spektroskopii w podczerwieni z transformatą Fouriera (FT-IR). Stwierdzono, że mimo wstępnego suszenia i modyfikacji chemicznej napełniaczy naturalnych, ich dodatek dopolipropylenu spowodował powstanie porowatej struktury w odlewach kompozytowych. Ograniczenie przetwarzalności kompozytów polipropylenowych napełnionych mączką drzewną przypisano zmianom ich właściwości reologicznych.

Słowa kluczowe

EN

rotational molding; polypropylene; natural filler; natural composites; WPC

PL

odlewanie rotacyjne; polipropylen; napełniacz naturalny; kompozyty naturalne; WPC

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 63, nr 11-12
• Strony: 772--784
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys. kolor.

Twórcy

autor

Barczewski M.

• Poznan University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Management, Institute of Materials Technology, Piotrowo 3, 61-138 Poznan, Poland

autor

Szostak M.

• Poznan University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Management, Institute of Materials Technology, Piotrowo 3, 61-138 Poznan, Poland

autor

Nowak D.

• Poznan University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Management, Institute of Materials Technology, Piotrowo 3, 61-138 Poznan, Poland

autor

Piasecki A.

• Poznan University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Management, Institute of Materials Science and Engineering, Jana Pawła II 24, 61-138 Poznan, Poland

Bibliografia

• [1] Crawford R.J., Throne J.L.: “Rotational Molding Technology”, Plastics Design Library William Andrew Publishing, Norwich, New York 2001.
• [2] Oliveira M.J., Cramez M.C.: Journal of Macromolecular Science, Part B 2001, 40, 457.
• [3] Greco A., Maffezzoli A.: Advances in Polymer Technology 2017, 36, 21 630. http://dx.doi.org/10.1002/adv.21630
• [4] Baumer M.I., Leite J.L., Becker D.: Materials Research – Ibero-American Journal of Materials 2014, 17, 130. http://dx.doi.org/10.1590/S1516-14392013005000159
• [5] Jansri E., O-Charoen N.: Journal of Polymer Engineering 2018, 38, 685. http://dx.doi.org/10.1515/polyeng-2017-0367
• [6] Wilczyński K., Nastaj A., Lewandowski A. et al.: International Polymer Processing 2015, 30, 113. http://dx.doi.org/10.3139/217.3007
• [7] Mysiukiewicz O., Sterzyński T.: Archives of Mechanical Technology and Materials 2017, 37, 79. https://doi.org/10.1515/amtm-2017-0013
• [8] Lewandowski K., Piszczek K., Zajchowski S., Mirowski J.: Polymer Testing 2016, 51, 58. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymertesting.2016.02.004
• [9] Gosselin R., Rodrigue D., Riedl B.: Journal of Thermoplastic Composite Materials 2006, 19, 639. http://dx.doi.org/10.1177/0892-705706067484
• [10] Raymond A., Rodrigue D.: Cellular Polymers 2013, 32, 199.
• [11] Crespo J.E., Sanchez L., Parres F., López J.: Polymer Composites 2007, 28, 71. http://dx.doi.org/10.1002/pc.20256
• [12] Torres F.G., Aragon C.K.: Polymer Testing 2006, 25, 568. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymertesting.2006.03.010
• [13] Ortega Z., Mozon M.D., Benitez A.N. et al.: Materials and Manufacturing Processes 2013, 28, 879. http://dx.doi.org/10.1080/10426914.2013.792431
• [14] López-Bañuelos R.H., Moscoso F.J., Ortega-Gudiño P. et al.: Polymer Engineering and Science 2012, 52, 2489. http://dx.doi.org/10.1002/pen.23168
• [15] Jayaraman K.: Composites Science and Technology 2003, 63, 367. http://dx.doi.org/10.1016/S0266-3538(02)00217-8
• [16] Hanana F.E., Rodrigue D.: Polymer Composites 2017, early view. http://dx.doi.org/10.1002/pc.24473
• [17] Cisneros-López E.O., Pérez-Fonseca A.A., Fuentes-Talavera F.J. et al.: Polymer Engineering and Science 2016, 56, 856. http://dx.doi.org/10.1002/pen.24314
• [18] Cisneros-López E.O., Gonzalez-López M.E., Pérez-Fonseca A.A. et al.: Composites Interface 2017, 24, 35. http://dx.doi.org/10.1080/09276440.2016.1184556
• [19] Chun K.S., Husseinsyah S., Osman H.: Journal of Polymer Research 2012, 19, 9859. https://doi.org/10.1007/s10965-012-9859-8
• [20] Bledzki A.K., Mamun A.A., Volk J.: Composites Science and Technology 2010, 70, 840. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2010.01.022
• [21] Ramos Filho F.G., Melo T.J.A., Rabello M.S., Silva S.M.L.: Polymer Degradation and Stability 2005, 89, 389. h t t p : //d x . d o i . o r g / 10 .10 16 / j . p o l y m d e g r a d stab.2004.12.011
• [22] Carreau P.J., DeKee D.C.R., Chhabra R.P.: “Rheology of Polymeric Systems”, Hanser, New York 1997.
• [23] Ansari M., Zisis T., Hatzikiriakos S.G., Mitsoulis E.: Polymer Engineering and Science 2012, 52, 649. http://dx.doi.org/10.1002/pen.22130
• [24] Antunes M., Realinho V., Velasco I.J.: Journal of Nanomaterials 2010, 306 384. http://dx.doi.org/10.1155/2010/306384
• [25] Jeske H., Schirp A., Cornelius F.: Thermochimica Acta 2012, 543, 165. http://dx.doi.org/10.1016/j.tca.2012.05.016
• [26] Zhang X., Wang F., Keer L.M.: Materials 2015, 8, 6597. http://dx.doi.org/10.3390/ma8105327
• [27] Gwon J.G., Lee S.Y., Doh G.H., Kim J.H.: Journal of Applied Polymer Science 2010, 116, 3212. http://dx.doi.org/10.1002/app.31746
• [28] Urbaniak-Domagała W.: “Advanced Aspects of Spectroscopy” (Ed. Farrukh M.A.), IntechOpen 2012, p. 85. http://dx.doi.org/10.5772/48143
• [29] Girones J., Mendez J.A., Boufi S. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2007, 103, 3706. http://dx.doi.org/10.1002/app.25104
• [30] Ghasemi I., Azizi H., Naeimian N.: Iranian Polymer Journal 2008, 17, 191.
• [31] Barczewski M., Mysiukiewicz O.: Polymer Korea 2018, 42, 1. https://doi.org/10.7317/pk.2018.42.2.1
• [32] Godard G., Vincent M., Agassant J.-F., Vergnes B.: Journal of Applied Polymer Science 2009, 112, 2559. http://dx.doi.org/10.1002/app.29847
• [33] Li T.Q., Wolcott M.P.: Composites Part A 2004, 35, 303. http://doi.org/10.1016/j.compositesa.2003.09.009
• [34] Jourdan C., Cavaille J.Y., Perez J.: Journal of Polymer Science Part B 1989, 27, 2361. http://dx.doi.org/10.1002/polb.1989.090271115
• [35] Feng Y., Jin X., Hay J.N.: Journal of Applied Polymer Science 1998, 68, 395. h t t p : / / d x . d o i . o r g / 1 0 . 1 0 0 2 / ( S I C I ) 1 0 9 7 -4628(19980418)68:3<395::AID-APP7>3.0.CO;2-E
• [36] Razavi-Nouri M.: Iranian Polymer Journal 2005, 14, 485.
• [37] Cao J.-Z., Wang Y., Xu W-.Y., Wang L.: Forestry Studies in China 2010, 12, 85. http://dx.doi.org/10.1007/s11632-010-0016-3
• [38] Jyoti J., Singh B.O., Arya A.K., Dhakate S.R.: RSC Advances 2016, 6, 3997. http://dx.doi.org/10.1039/c5ra25561a
• [39] Mirowski J., Zajchowski S., Tomaszewska J. et al.: Inżynieria i Aparatura Chemiczna 2010, 49, 83.
• [40] Ryszkowska J., Sałasińska K.: Polimery 2010, 55, 740.
• [41] Barczewski M., Matykiewicz D., Piasecki A., Szostak M.: Composite Interfaces 2018, 25, 287. http://dx.doi.org/10.1080/09276440.2018.1399713