Milled basalt fibers as reinforcement for polyurea composite spray coatings with improved thermomechanical stability and mechanical performance

• Autorzy: Barczewski Mateusz , Biedrzycka Kinga , Mysiukiewicz Olga , Matykiewicz Danuta , Andrzejewski Jacek , Kloziński Arkadiusz , Szostak Marek

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2020.3.3

Warianty tytułu

PL

Mielone włókna bazaltowe jako wzmocnienie polimocznikowych kompozytowych powłok natryskowych o zwiększonej stabilności termomechanicznej i wytrzymałości mechanicznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The novel polyurea-based (PUA) composites modified with milled basalt fibers (BMF), formed with spray coating technology were produced. The addition of 5–30 wt % of BMF into commercial two-component PUA was used as a low-cost modification which allowed to significantly improve the mechanical performance, as well as thermomechanical and thermal stability of the final products. It was found that the incorporation of 30 wt % of BMF resulted in over 30% stiffness improvement and extension using temperature of the coating above 80 °C. Moreover, an increase by 25 °C in thermal stability evaluated by thermogravimetric analysis (TGA) was achieved, without significant changes in the rheological behavior of the compositions, resulting in the presence of structural defects. Finally, an evaluation of crosslink density was conducted in order to ascertain that the applied modification of the thermoset reactive fast-curing system allows to obtain fully cured products which may be used as a spray coating for hydrotechnical objects protection.

PL

Metodą powlekania natryskowego wytworzono nowe kompozyty na bazie polimocznika (PUA) modyfikowanego mielonymi włóknami bazaltowymi (BMF). Komercyjny dwuskładnikowy PUA modyfikowano niskokosztowo za pomocą dodatku 5–30% mas. BMF, co pozwoliło na wyraźną poprawę właściwości mechanicznych, a także stabilności termomechanicznej i termicznej PUA. Stwierdzono, że wprowadzenie do polimocznika 30% mas. BMF zwiększyło o ponad 30% jego sztywność i umożliwiło rozszerzenie zakresu temperatury stosowania powłoki powyżej 80 °C. Metodą analizy termograwimetrycznej (TGA) stwierdzono wzrost stabilności termicznej o 25 °C, bez istotnych zmian w reologicznym zachowaniu kompozycji, mogących prowadzić do tworzenia się wad strukturalnych w gotowych wyrobach. Na podstawie oceny gęstości usieciowania potwierdzono, że przeprowadzona modyfikacja termoutwardzalnego reaktywnego systemu szybkiego utwardzania pozwala na uzyskanie w pełni utwardzonych produktów, które można zastosować jako powłokę natryskową do ochrony obiektów hydrotechnicznych.

Słowa kluczowe

EN

polyurea; composite; spray coating; basalt fiber; thermomechanical properties

PL

polimocznik; kompozyt; powłoka natryskowa; włókno bazaltowe; właściwości termomechaniczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 65, nr 3
• Strony: 184--195
• Opis fizyczny: Bibliogr. 44 poz., rys.

Twórcy

autor

Barczewski Mateusz

• Poznan University of Technology, Institute of Materials Technology, Piotrowo 3, 61-138 Poznan, Poland

autor

Biedrzycka Kinga

• Poznan University of Technology, Institute of Materials Technology, Piotrowo 3, 61-138 Poznan, Poland

autor

Mysiukiewicz Olga

• Poznan University of Technology, Institute of Materials Technology, Piotrowo 3, 61-138 Poznan, Poland

autor

Matykiewicz Danuta

• Poznan University of Technology, Institute of Materials Technology, Piotrowo 3, 61-138 Poznan, Poland

autor

Andrzejewski Jacek

• Poznan University of Technology, Institute of Materials Technology, Piotrowo 3, 61-138 Poznan, Poland

autor

Kloziński Arkadiusz

• Poznan University of Technology, Institute of Chemical Technology and Engineering, Berdychowo 4, 60-965 Poznan, Poland

autor

Szostak Marek

• Poznan University of Technology, Institute of Chemical Technology and Engineering, Berdychowo 4, 60-965 Poznan, Poland

Bibliografia

• [1] Guan S.W.: Coatings World 2003, pp. 49–58.
• [2] Huang W.B., Xiang J.Y., Lv P. et al.: Advanced Materials Research 2011, 374–377, 1325. http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.374-377.1325
• [3] https://www.pcimag.com/articles/84126-polyurea-spray-coatings-the-technology-and-latest-developments (availability date 12.06.2019)
• [4] Maj M., Ubysz A., Tamrazyan A.: MATEC Web of Conferences 2018, 251, 02026. http://dx.doi.org/10.1051/matecconf/201825102026
• [5] Wang X., Luo S., Liu G. et al.: Water Science and Engineering 2014, 7, 106. http://dx.doi.org/10.3882/j.issn.1674-2370.2014.01.01
• [6] Iqbal N., Tripathi M., Parthasarathy S. et al.: RSC Advances 2016, 6, 109706. http://dx.doi.org/10.1039/C6RA23866A
• [7] Malvar L.J., Crawford J.E., Morrill K.B.: Journal of Composites for Construction 2007, 11, 601. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0268(2007)11:6(601)
• [8] Iqbal N., Tripathi M., Parthasarathy S. et al.: Progress in Organic Coatings 2018, 123, 201. http://dx.doi.org/10.1016/J.PORGCOAT.2018.07.005
• [9] Ryszkowska J.: Polimery 2012, 57, 777. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2012.777
• [10] Sami S., Yildirim E., Yurtsever M. et al.: Polymer 2014, 55, 4563. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2014.07.028
• [11] Casalini R., Bogoslovov R., Qadri S.B. et al.: Polymer 2012, 53, 1282. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2012.01.034
• [12] Qiao J., Wu G.: Journal of Materials Science 2011, 46, 3935. http://dx.doi.org/10.1007/s10853-011-5318-x
• [13] Mizera K., Auguscik M., Woronka D. et al.: Polimery 2016, 61, 307. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2016.307
• [14] Ryszkowska J., Zieleniewska M., Bryskiewicz A. et al.: Polimery 2017, 62, 11. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2017.011
• [15] Nantasetphong W., Amirkhizi A.V., Jia Z. et al.: Mechanics of Materials 2016, 98, 111. http://dx.doi.org/10.1016/j.mechmat.2016.04.006
• [16] Nantasetphong W., Jia Z., Amirkhizi A.V. et al.: Mechanics of Materials 2016, 98, 142. http://dx.doi.org/10.1016/j.mechmat.2016.04.005
• [17] Liao Y., Shi S., Liu Z. et al.: International Journal of Protective Structures 2018, 9, 248. http://dx.doi.org/10.1177/2041419618755159
• [18] Fiore V., Scalici T., Di Bella G. et al.: Composites Part B: Engineering 2015, 74, 74. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2014.12.034
• [19] Kuciel S., Kufel A.: Polimery 2018, 63, 387. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2018.5.8
• [20] Matykiewicz D., Barczewski M., Pucała H.: Revista Romana de Materiale/Romanian Journal of Materials 2018, 48, 108.
• [21] Zhou S., Wang J., Wang S. et al.: Materials Chemistry and Physics 2018, 217, 315. http://dx.doi.org/10.1016/j.matchemphys.2018.06.080
• [22] Sim J., Park C., Moon D.Y.: Composites Part B: Engineering 2005, 36, 504. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2005.02.002
• [23] Greco A., Maffezzoli A., Casciaro G. et al.: Composites Part B: Engineering 2014, 67, 233. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2014.07.020
• [24] Deak T., Czigany T., Tamas P. et al.: Express Polymer Letters 2010, 4, 590. http://dx.doi.org/10.3144/expresspolymlett.2010.74
• [25] Fu H., Liao L., Li X. et al.: International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials 2016, 65, 863. http://dx.doi.org/10.1080/00914037.2016.1171220
• [26] Flory P.J., Rehner J.: The Journal of Chemical Physics 1943, 11, 512. http://dx.doi.org/10.1063/1.1723791
• [27] Jutrzenka Trzebiatowska P., Santamaria Echart A., Calvo Correas T. et al.: Progress in Organic Coatings 2018, 115, 41. http://dx.doi.org/10.1016/j.porgcoat.2017.11.008
• [28] Colom X., Marín-Genescà M., Mujal R. et al.: Journal of Composite Materials 2018, 52, 3099. http://dx.doi.org/10.1177/0021998318761554
• [29] Marzocca A.J.: European Polymer Journal 2007, 43, 2682. http://dx.doi.org/10.1016/J.EURPOLYMJ.2007.02.034
• [30] Sheehan C.J., Bisio A.L.: Rubber Chemistry and Technology 1966, 39, 149. http://dx.doi.org/10.5254/1.3544827
• [31] Brandrup J., Immergur E.H., Grulke E.A.: “Polymer Handbook”, John Wiley & Sons, Inc., New York 1999.
• [32] Han J.H., Zhang H., Chen M.J. et al.: Composites Science and Technology 2014, 103, 63. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2014.08.015
• [33] Shenoy A.V.: “Rheology of filled polymer systems”, Springer Netherlands, Dordrecht 1999. http://dx.doi.org/10.1007/978-94-015-9213-0
• [34] Sánchez-Ferrer A., Rogez D., Martinoty P.: Macromolecular Chemistry and Physics 2010, 211, 1712. http://dx.doi.org/10.1002/macp.201000117
• [35] Arunkumar T., Ramachandran S.: International Journal of Ambient Energy 2016, 38, 781. http://dx.doi.org/10.1080/01430750.2016.1222966
• [36] Husić S., Javni I., Petrović Z.S.: Composites Science and Technology 2005, 65, 19. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2004.05.020
• [37] Mizera K., Chrząszcz M., Ryszkowska J.: Polymer Composites 2018, 39, 2019. http://dx.doi.org/10.1002/pc.24162
• [38] Malaki M., Hashemzadeh Y., Fadaei Tehrani A.: Progress in Organic Coatings 2018, 125, 507. http://dx.doi.org/10.1016/j.porgcoat.2018.07.034
• [39] Włoch M., Kosiorek P., Błażek K. et al.: Elastomery 2017, 21, 75.
• [40] Zhou Q., Cao L., Li Q. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2012, 125, 3695. http://dx.doi.org/10.1002/app.36674
• [41] Garrett J.T., Xu R., Cho J. et al.: Polymer 2003, 44, 2711. http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(03)00165-4
• [42] Samson N., Mechin F., Pascault J.P.: Journal of Applied Polymer Science 1998, 70, 2331. http://dx.doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(19981219)70:12<2331::AID-APP4>3.0.CO;2-N
• [43] Qin C.L., Cai W.M., Cai J. et al.: Materials Chemistry and Physics 2004, 85, 402. http://dx.doi.org/10.1016/j.matchemphys.2004.01.019
• [44] Awad W.H., Wilkie C.A.: Polymer 2010, 51, 2277. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2010.03.033

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).