Mechanical properties and biodegradability of flax fiber-reinforced composite of polylactide and polycaprolactone

• Autorzy: Rytlewski P. , Stepczyńska M. , Moraczewski K. , Malinowski R. , Jagodziński B. , Żenkiewicz M.

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2018.9.4

Warianty tytułu

PL

Właściwości mechaniczne i biodegradowalność wzmocnionego włóknami lnianymi kompozytu polilaktydu z polikaprolaktonem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this work was to produce a composite based on the blend of polylactide and polycaprolactone and reinforced with flax fiber, intended for processing by injection molding, with improved mechanical and biodegradation properties as compared to neat polylactide (PLA) and polycaprolactone (PCL). The material was prepared by mixing PLA, PCL and flax fibers (about 5 mm long), extrusion and granulation with subsequent injection molding to obtain test samples. The composites differed in the content of PCL (0, 5, 10, 15 and 30 wt %) whereas the content of flax fibers was kept constant (20 wt %). The samples were characterized by means of scanning electron microscopy (SEM), tensile and impact strength measurements, differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic mechanical analysis (DMA). Biodegradation studies were carried out using proteinase K at laboratory conditions. It was found that a reduction of fiber lengths took place during the extrusion process and that addition of flax fibers to PLA/PCL blend resulted in an increase in elastic modulus and biodegradation rate. The composite impact strength was significantly improved at 30 wt % PCL fraction.

PL

Celem badań było opracowanie kompozytu wzmocnionego włóknem lnianym na osnowie z mieszaniny polilaktyd/polikaprolakton, przeznaczonego do przetwórstwa metodą wtryskiwania, wykazującego lepsze właściwości mechaniczne oraz lepszą biodegradowalność niż niemodyfikowane polilaktyd (PLA) i polikaprolakton (PCL). Materiał przygotowano metodą wytłaczania. PLA, PCL oraz włókna lniane (o długości około 5 mm) mieszano, wytłaczano, granulowano, a następnie wtryskiwano w celu uzyskania próbek do badań. Kompozyty różniły się zawartością PCL (0, 5, 10, 15 lub 30% mas.), natomiast udział procentowy włókien lnianych był stały (20% mas.). Próbki badano metodami: skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) oraz dynamicznej analizy mechanicznej (DMA). Oceniano też ich wytrzymałość na jednoosiowe rozciąganie i udarność. Podatność na biodegradację badano w warunkach laboratoryjnych z zastosowaniem enzymu proteinazy K. Stwierdzono, że w procesie wytłaczania nastąpiła znaczna redukcja długości włókien lnianych, ich dodatek do mieszaniny PLA/PCL wpłynął na zwiększenie modułu sprężystości i szybkości biodegradacji, a udział 30% mas. PCL wyraźnie poprawił udarność kompozytu.

Słowa kluczowe

EN

polylactide; polycaprolactone; flax fibers; mechanical properties; biodegradation

PL

polilaktyd; polikaprolakton; włókna lniane; właściwości mechaniczne; biodegradacja

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 63, nr 9
• Strony: 603--610
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Rytlewski P.

• Kazimierz Wielki University, Chodkiewicza 30, Bydgoszcz, Poland

autor

Stepczyńska M.

• Kazimierz Wielki University, Chodkiewicza 30, Bydgoszcz, Poland

autor

Moraczewski K.

• Kazimierz Wielki University, Chodkiewicza 30, Bydgoszcz, Poland

autor

Malinowski R.

• Institute for Engineering of Polymer Materials and Dyes, M. Skłodowskiej-Curie 55, Toruń, Poland

autor

Jagodziński B.

• Kazimierz Wielki University, Chodkiewicza 30, Bydgoszcz, Poland

autor

Żenkiewicz M.

• Kazimierz Wielki University, Chodkiewicza 30, Bydgoszcz, Poland

Bibliografia

• [1] Rasal R.M., Janorkar A.V., Hirt D.E.: Progress in Polymer Science 2010, 35, 338. http://dx.doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2009.12.003
• [2] “Poly(lactide acid): Synthesis, Structure, Properties and Applications” (Eds. Auras R.A., Lim L-T., Selke S.E.M., Tsuji H.), Wiley, Hoboken 2010. ISBN: 978-0-470-29366-9
• [3] Ruellan A., Guinault A., Sollogoub C. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2015, 132, 42 476. http://dx.doi.org/10.1002/app.42476
• [4] Anderson K., Lim S., Hillmyer M.: Journal of Applied Polymer Science 2003, 89, 3757. http://dx.doi.org/10.1002/app.12462
• [5] Wu D., Zhang Y., Zhang M., Zhou W.: European Polymer Journal 2008, 44, 2171. http://dx.doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2008.04.023
• [6] Semba T., Kitagawa K., Ishiaku U.S., Hamada H.: Journal of Applied Polymer Science 2006, 101, 1816. https://doi.org/10.1002/app.23589
• [7] Woodruff M.A., Hutmacher D.W.: Progress in Polymer Science 2010, 35, 1217. http://dx.doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2010.04.002
• [8] Bednarek M., Cichorek M.: Polimery 2014, 59, 598. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2014.598
• [9] Lopez-Rodrıguez N., Lopez-Arraiza A., Meaurio E., Sarasua J.R.: Polymer Engineering and Science 2006, 46, 1299. http://dx.doi.org/10.1002/pen.20609
• [10] Geller S., Weissenborn O., Gude M., Czulak A.: Polimery 2016, 61, 125. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2016.125
• [11] Kodal M., Topuk Z.D., Ozkoc G.: Journal of Applied Polymer Science 2015, 132, 42 564. http://dx.doi.org/10.1002/app.42564
• [12] Berthet M., Angellier-Coussy H., Guillard V., Gontard N.: Journal of Applied Polymer Science 2016, 133, 42 528. http://dx.doi.org/10.1002/app.42528
• [13] Rytlewski P., Moraczewski K., Malinowski R., Żenkiewicz M.: Composite Interfaces 2014, 21, 671. http://dx.doi.org/10.1080/15685543.2014.927262
• [14] Pickering K., Sawpan M.A., Jayaraman J., Fernyhough A.: Composites Part A 2011, 42, 1148. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesa.2011.04.020
• [15] Mathew A.P., Oksman K., Sain M.: Journal of Applied Polymer Science 2005, 97, 2014. http://dx.doi.org/10.1002/app.21779
• [16] Averous L., Fringant C., Moro L.: Polymer 2001, 42, 6565. http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(01)00125-2
• [17] Ying-Chen Z., Hong-Yan W., Yi-Ping Q.: Bioresource Technology 2010, 101, 7944. http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2010.05.007
• [18] Mat Taib R., Hassan H.M., Mohd Ishak Z.A.: Polymer--Plastics Technology and Engineering 2014, 53, 199 http://dx.doi.org/10.1080/03602559.2013.843709
• [19] Goriparthi B.K., Suman K.N.S., Nalluri M.R.: Polymer Composites 2012, 33, 237. http://dx.doi.org/10.1002/pc.22145
• [20] Żenkiewicz M., Richert A., Malinowski R., Moraczewski K.: Polymer Testing 2013, 32, 209. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymertesting.2012.10.011
• [21] Graupner N., Albrecht K., Ziegmann G. et al.: Express Polymer Letters 2016, 10, 647. http://dx.doi.org/10.3144/expresspolymlett.2016.59
• [22] Pilla S., Gong S., O’Neill E. et al.: Polymer Engineering and Science 2008, 48, 578. http://dx.doi.org/10.1002/pen.20971
• [23] Suryanegara L., Nakagaito A.N., Yano H.: Composites Science and Technology 2009, 69, 1187. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2009.02.022
• [24] Mucha M., Tylman M., Mucha J.: Polimery 2015, 60, 686. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2015.686

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).