Wpływ napełniacza mineralnego modyfikowanego związkami naturalnymi na właściwości przetwórcze i mechaniczne plastyfikowanego poli(chlorku winylu)

Altmajer, Zuzanna; Wilczewski, Sławomir; Osial, Magdalena; Giersig, Michael; Tomaszewska, Jolanta

doi:10.24423/9788365550590.ch1

Powiadomienia systemowe

Sesja wygasła!

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wpływ napełniacza mineralnego modyfikowanego związkami naturalnymi na właściwości przetwórcze i mechaniczne plastyfikowanego poli(chlorku winylu)

Autorzy

Altmajer Zuzanna , Wilczewski Sławomir , Osial Magdalena , Giersig Michael , Tomaszewska Jolanta

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

wplyw_wypelniacza_mineralnego_IPPT_Reports_2024_2_1..pdf

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.24423/9788365550590.ch1

Warianty tytułu

Effect of mineral filler modified with natural compounds on processing and mechanical properties of plasticized poly(vinyl chloride)

Języki publikacji

Abstrakty

Poli(chlorek winylu) (PVC) jest jednym z najstarszych tworzyw termoplastycznych produkowanych na skalę przemysłową. Oprócz wielu korzystnych właściwości jedną z głównych zalet PVC jest jego podatność na fizyczną modyfikację, dzięki czemu wykorzystuje się go w różnych dziedzinach. W celu modyfikacji właściwości poli(chlorku winylu) stosuje się dodatki, m.in. smary, plastyfikatory, stabilizatory termiczne oraz napełniacze. W ramach niniejszej pracy zaproponowano zastosowanie hydroksyapatytu (HAp) jako napełniacza mineralnego do modyfikacji poli(chlorku winylu) pokrytego stabilizatorem roślinnym pochodzącym z kurkumy. Dodatkowo oceniono wpływ modyfikacji HAp za pomocą kurkuminy na strukturę oraz właściwości przetwórcze i fizykomechaniczne otrzymanych kompozytów. Uzyskane wyniki wykazały, że zastosowanie modyfikatora roślinnego zapobiega agregacji napełniacza. Jego dodatek do plastyfikowanej mieszanki PVC wpłynął na wydłużenie czasu stabilności termicznej oraz zmniejszenie masowego wskaźnika szybkości płynięcia. Stwierdzono ponadto istotny wpływ napełniacza na właściwości mechaniczne, tj. twardość, moduł sprężystości PVC oraz wytrzymałość na rozciąganie otrzymanych kompozytów.

Poly(vinyl chloride) (PVC) is one of the oldest thermoplastics produced on an industrial scale. In addition to its many favorable properties, one of the main advantages of PVC is its susceptibility to various types of modification, which makes it exploited in many areas. Different types of additives such as lubricants, plasticizers, thermal stabilizers, and fillers are used to modify the properties of poly(vinyl chloride). Within the scope of this study, hydroxyapatite was proposed as a mineral filler based on the hydroxyapatite (HAp) modified with the green plant-derived coat for poly(vinyl chloride) modification. In addition, the effect of coat of hydroxyapatite with curcumin on the structure, as well as the processing properties and physicomechanical properties of the obtained composites. The obtained results showed that the use of a plant origin modifier influenced the reduction of filler particle size. Hydroxyapatite influenced an increase in thermal stability time and a decrease in mass flow rate. The mineral filler also affected the reduction of tensile strength. However, its significant effect on the hardness and elastic modulus of PVC was observed.

Słowa kluczowe

polichlorek winylu hydroksyapatyt kurkumina napełniacz kompozyt

polyvinyl chloride hydroxyapatite curcumin filler composite

Wydawca

Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN

Czasopismo

IPPT Reports on Fundamental Technological Research

Rocznik

2024

Tom

nr 2

Strony

9--25

Opis fizyczny

Bibliogr. 43 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Altmajer Zuzanna

Politechnika Bydgoska im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich, Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej, Bydgoszcz

https://orcid.org/0009-0004-7171-6206

autor

Wilczewski Sławomir

Politechnika Bydgoska im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich, Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej, Bydgoszcz

https://orcid.org/0000-0002-7615-7077

autor

Osial Magdalena

mosial@ippt.pan.pl

Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk, Warszawa

https://orcid.org/0000-0003-3076-3415

autor

Giersig Michael

Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk, Warszawa

https://orcid.org/0000-0002-5394-0413

autor

Tomaszewska Jolanta

Politechnika Bydgoska im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich, Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej, Bydgoszcz

https://orcid.org/0000-0003-1361-7942

Bibliografia

1. Plastics Europe, Plastics – the fast Facts 2023, 2023, https://plasticseurope.org/know ledge-hub/plastics-the-fast-facts-2023/, dostęp 26.11.2024.
2. K. Lewandowski, K. Skórczewska, A brief review of Poly(Vinyl Chloride) (PVC) recycling, Polymers, 14, 3035, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/polym14153035.
3. S. Wilczewski, K. Skórczewska, J. Tomaszewska, K. Lewandowski, Structure and properties of poly(vinyl chloride)/graphene nanocomposites, Polymer Testing, 81, 106282, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2019.106282.
4. P. Lieberzeit, D. Bekchanov, M. Mukhamediev, Polyvinyl chloride modifications, properties and applications: Review, Polymers for Advanced Technologies, 33, 1809–1820, 2022, doi: https://doi.org/10.1002/pat.5656.
5. M. Edraki, M. Sheydaei, E. Alinia-Ahandani, E. Nezhadghaffar-Borhani, Polyvinyl chloride: Chemical modification and investigation of structural and thermal properties, Journal of Sulfur Chemistry, 42, 397–409, 2021, doi: https://doi.org/10.1080/17415993.2021.1895996.
6. P. Karmalm, T. Hjertberg, A. Jansson, R. Dahl, Thermal stability of poly(vinyl chloride) with epoxidised soybean oil as primary plasticizer, Polymer Degradation Stability, 94, 2275–2281, 2009, doi: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2009.07.019.
7. F. Rodrigues, I. Tavares, R. Aroso, L. Dias, C. Domingos, C. de Faria, G. Piccirillo, T. Maria, R. Carrilho, V. Bagnato, M. Calvete, M. Pereira, Photoantibacterial Poly(vinyl)chloride films applying curcumin derivatives as bio-based plasticizers and photosensitizers, Molecules, 28, 2209, 2023, doi: https://doi.org/10.3390/molecules28052209.
8. A. Rohman, D. Sudjadi, D. Ramadhani, A. Nugroho, Analysis of curcumin in curcuma longa and Curcuma xanthorriza using FTIR spectroscopy and chemometrics, Research Journal of Medicinal Plants, 9, 4, 179–186, 2015, doi: https://doi.org/10.3923/rjmp.2015.179.186.
9. K. Priyadarsini, The chemistry of curcumin: From extraction to therapeutic agent, Molecules, 19, 20091–20112, 2014, doi: https://doi.org/10.3390/molecules191220091.
10. S. Przybylska, Kurkumina – prozdrowotny barwnik kurkumy, Problemy Higieny i Epidemiologii, 96, 414–420, 2015.
11. M. Lestari, G. Indrayanto, Curcumin, w: Profiles of Drug Substances, Excipients and Related Methodology, vol. 39, s. 113–204, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800173-8.00003-9.
12. R. Navik, Y. Gai, W. Wang, Y. Zhao, Curcumin-assisted ultrasound exfoliation of graphite to graphene in ethanol, Ultrasonics Sonochemistry, 48, 96–102, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2018.05.010.
13. N. Kumari, C. Mohan, A. Negi, An investigative study on the structural, thermal and mechanical properties of clay-based PVC polymer composite films, Polymers, 15, 1922, 2023, doi: https://doi.org/10.3390/polym15081922.
14. P. Basnet, N. Skalko-Basnet, Curcumin: An anti-inflammatory molecule from a curry spice on the path to cancer treatment, Molecules, 16, 4567–4598, 2011, doi: https://doi.org/10.3390/molecules16064567.
15. J. Bartoń, A. Niemczyk, K. Czaja, Ł. Korach, B. Sacher-Majewska, Kompozyty, biokompozyty i nanokompozyty polimerowe. Otrzymywanie, skład, właściwości i kierunki zastosowań, Chemik, 68, 280–287, 2014.
16. S. Thomas, K. Joseph, S. Malhotra, K. Goda, M. Sreekala, Macro- and microcomposites, w: Polymer Composites, Vol. 1, Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA, Weinheim, 2012.
17. A. Fauzi, A. Osman, A. Alrazhdi, Z. Mustafa, K. Halim, On the use of dolomite as a mineral filler and co-filler in the field of polymer composites: A review, Polymers, 14, 2843, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/polym14142843.
18. A. Szcześ, L. Hołysz, E. Chibowski, Synthesis of hydroxyapatite for biomedical applications, Advances in Colloid and Interface Science, 249, 321–330, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.cis.2017.04.007.
19. C. Coelho, L. Grenho, P. Gomes, P. Quadros, M. Fernandes, Nano-hydroxyapatite in oral care cosmetics: Characterization and cytotoxicity assessment, Scientific Reports, 9, 11050, 2019, doi: https://doi.org/10.1038/s41598-019-47491-z.
20. N. Pinchuk, P. Sobierajska, K. Szyszka, O. Bezkrovnyi, O. Wiglusz, Preparation of nanohydroxyapatite with diverse morphologies and optimization of its effective aqueous colloidal dispersions for biomedical applications, Ceramics International, 50, 15, 27426–27435, 2024, doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.05.040.
21. G. Wei, P. Ma, Structure and properties of nano-hydroxyapatite/polymer composite scaffolds for bone tissue engineering, Biomaterials, 25, 4749–4757, 2004, doi: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2003.12.005.
22. N. Ramesh, S. Moratti, G. Dias, Hydroxyapatite–polymer biocomposites for bone regeneration: A review of current trends, Journal of Biomedical Materials Research Part B – Applied Biomaterials, 106, 2046–2057, 2018, doi: https://doi.org/10.1002/jbm.b.33950.
23. E. Ntege, H. Sunami, J. Denda, N. Futenma, Y. Shimizu, Effects of hydroxyapatitecoated nonwoven polyethylene/polypropylene fabric on non-mesodermal lineagespecific differentiation of human adipose-derived stem cells, BMC Research Notes, 13, 471, 2020, doi: https://doi.org/10.1186/s13104-020-05315-8.
24. N. Venkatesh, H. Hanumanthraju, K. Prashanth, B. Venkatesha, L. Yuvaraj, Investigation on dynamic mechanical analysis of bio-active coating materials coated on Teflon, PVC and Nylon polymers, Materials Today: Proceedings, 54, 421–427, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.09.524.
25. D. Macuvele, J. Nones, J. Matsinhe, M. Lima, C. Soares, M. Fiori, H. Riella, Advances in ultra high molecular weight polyethylene/hydroxyapatite composites for biomedical applications: A brief review, Materials Science and Engineering: C, 76, 1248–1262, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.02.070.
26. M. Osial, S. Wilczewski, U. Godlewska, K. Skórczewska, J. Hilus, J. Szulc, A. Roszkiewicz, A. Dąbrowska, Z. Moazzami Goudarzi, K. Lewandowski, T. Wypych, P. Nguyen, G. Sumara, M. Giersig, Incorporation of nanostructural hydroxyapatite and curcumin extract from curcuma longa l. rhizome into polylactide to obtain green composite, Polymers, 16, 2169, 2024, doi: https://doi.org/10.3390/polym16152169.
27. M. Osial, S. Wilczewski, J. Szulc, H. Nguyen, T. Nguyen, K. Skórczewska, A. Majkowska-Pilip, K. Zelechowska-Matysiak, D. Nieciecka, A. Pregowska, T. Nguyen, A. Tymoszuk, D. Kulus, M. Giersig, Nanohydroxyapatite loaded with 5-fluorouracil and calendula officinalis l. plant extract rich in myo-inositols for treatment of ovarian cancer cells, Coatings, 13, 1944, 2023, doi: https://doi.org/10.3390/coatings13111944.
28. D. Thanh, T. Nguyen, D. Hai, H. Giang, N. Thom, P. Nam, T. Nguyen, M. Giersig, M. Osial, Influence of experimental conditions during synthesis on the physicochemical properties of the SPION/Hydroxyapatite nanocomposite for magnetic hyperthermia application, Magnetochemistry, 8, 90, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/magnetochemistry8080090.
29. T. Nguyen, S. Wilczewski, J. Lewandowski, A. Majkowska-Pilip, K. ZelechowskaMatysiak, D. Nieciecka, W. Studziński, S. Olusegun, M. Syczewski, M. Giersig, T. Dinh, P. Krysiński, M. Osial, 5-fluorouracil and curcuminoids extract from Curcuma longa L. loaded into nanohydroxyapatite as a drug delivery carrier for SKOV-3 and HepG2 cancer cells treatment, Ceramics International, 49, 25775–25787, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.05.123.
30. D. Kossyvaki, A. Barbetta, M. Contardi, M. Bustreo, K. Dziza, S. Lauciello, A. Athanassiou, D. Fragouli, Highly porous curcumin-loaded polymer mats for rapid detection of volatile amines, ACS Applied Polymer Materials, 4, 4464–4475, 2022, doi: https://doi.org/10.1021/acsapm.2c00418.
31. S. Olusegun, M. Osial, A. Majkowska-Pilip, K. Żelechowska-Matysiak, D. Nieciecka, M. Krajewski, M. Pękała, P. Krysinski, Synthesis and characterization of Sr2+ and Gd3+ doped magnetite nanoparticles for magnetic hyperthermia and drug delivery application, Ceramics International, 49, 19851–19860, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.03.102.
32. S. Klempov´a, M. Oravec, K. Viz´arov´a, Analysis of thermally and UV–Vis aged plasticized PVC using UV–Vis, ATR-FTIR and Raman spectroscopy, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 294, pp. 122541, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.saa.2023.122541.
33. H. Cai, Y. Wang, K. Wu, W. Guo, Enhanced hydrophilic and electrophilic properties of polyvinyl chloride (PVC) biofilm carrier, Polymers, 12, 1240, 2024, doi: https://doi.org/10.3390/polym12061240.
34. P. Saha, B. Kim, Preparation, characterization, and antioxidant activity of β-carotene impregnated polyurethane based on epoxidized soybean oil and malic acid, Journal of Polymers and the Environment, 27, 2001–2016, 2019, doi: https://doi.org/10.1007/s10924-019-01492-1.
35. H. Zhu, J. Yang, M. Wu, Q. Wu, J. Liu, J. Zhang, Biobased plasticizers from tartaric acid: Synthesis and effect of alkyl chain length on the properties of poly(vinyl chloride), ACS Omega, 6, 13161–13169, 2021, doi: https://doi.org/10.1021/acsomega.1c01006.
36. Ł. Klapiszewski, J. Tomaszewska, K. Skórczewska, T. Jesionowski, Preparation and characterization of eco-friendly Mg(OH)2/lignin hybrid material and its use as a functional filler for poly(vinyl chloride), Polymers, 9, 258, 2017, doi: https://doi.org/10.3390/polym9070258.
37. W. Brostow, N. Hnatchuk, T. Kim, Preventing thermal degradation of PVC insulation by mixtures of cross-linking agents and antioxidants, Journal of Applied Polymer Science, 137, 48816, 2020, doi: https://doi.org/10.1002/app.48816.
38. H. Zhang, J. Zhang, Rheological behaviors of plasticized polyvinyl chloride thermally conductive composites with oriented flaky fillers: A case study on graphite and mica, Journal of Applied Polymer Science, 139, 52186, 2022, doi: https://doi.org/10.1002/app.52186.
39. B. Pedro, E. Monteiro, J. Dweck, PVC and Agalmatolite composite characterization, Polymer Testing, 20, 269–273, 2001, doi: https://doi.org/10.1016/S0142-9418(00)00031-3.
40. Q. Chen, C. Zhu, G. Thouas, Progress and challenges in biomaterials used for bone tissue engineering: bioactive glasses and elastomeric composites, Progress in Biomaterials, 1, 2, 2012, https://doi.org/10.1186/2194-0517-1-2.
41. M. Barabashko, A. Ponomarev, A. Rezvanova, V. Kuznetsov, S. Moseenkov, Young’s modulus and Vickers hardness of the HydroxyapatiteBioceramics with a small amount of the multi-walled carbon nanotubes, Materials, 15, 5304, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/ma15155304.
42. J. Długosz, M. Wieczorek, J. Tomaszewska, T. Bajda, Effect of calcinated halloysite on structure and properties of rigid poly(vinyl chloride) composites, Chemical and Process Engineering, 3, 383–404, 2022, doi: https://doi.org/10.24425/cpe.2022.142281.
43. S. Malak, Tensile stress strain model of polyvinyl chloride/calcium carbonate (PVC/CaCO3) nanocomposite plank, Results in Materials, 10, 100193, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.rinma.2021.100193.

Uwagi

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

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-50c296d4-d26c-4405-a790-457ad42e9677