Flame retardancy of biocomposites based on thermoplastic starch

• Autorzy: Bocz K. , Szolnoki B. , Władyka-Przybylak M. , Bujnowicz K. , Harakály G. , Bodzay B. , Zimonyi E. , Toldy A. , Marosi G.

Warianty tytułu

PL

Uniepalnianie biokompozytów na bazie skrobi termoplastycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The flame retardancy of fully biodegradable, natural fiber reinforced thermoplastic starch (TPS) composites was studied in this work. Thermoplastic starch of significantly reduced flammability could be prepared by using a phosphorus containing polyol for plasticizing starch. The thermal degradation of the obtained flame retarded TPS was compared to conventional glycerol-plasticized TPS using not only TGA and DSC but also LP-FTIR (Laser pyrolysis FT-IR coupled method) measurements, which allowed the identification of all the gaseous degradation products. The flame retardant TPS matrix was reinforced with chopped flax fibers and woven linen-hemp fabrics. Due to the embedding of biofibers significant increase in tensile and impact properties of TPS could be achieved, however, the flammability characteristics of the biocomposites, measured by LOI, UL-94 and cone calorimetric tests, become inferior to those of the unreinforced TPS matrix, thus the flame retardant treatment of the reinforcing natural fibers was indispensable. The thermal behaviour and flame retardancy of biofibers, investigated by TGA and cone calorimetry, showed substantial improvement as a consequence of their phosphorous surface treatment. The prepared fully biodegradable biocomposites, comprising of TPS matrix plasticized with P-polyol and P-treated biofibers, exhibit increased mechanical performance accompanied with excellent flame retardancy: pass V-0 rating in UL-94 test, reach LOI of 32 vol. %, and show with 45 % reduced pkHRR during combustion than the unreinforced TPS reference.

PL

Przedmiotem pracy była ocena ognioodporności całkowicie biodegradowalnych kompozytów skrobi termoplastycznej wzmacnianej naturalnymi włóknami. Termoplastyczną skrobię (TPS) o ograniczonej palności otrzymywano stosując w charakterze plastyfikatora poliol zawierający fosfor. Porównano przebieg degradacji termicznej uniepalnionej TPS z degradacją termiczną skrobi uplastycznionej konwencjonalnie przy użyciu glicerolu, stosując metody TGA, DSC oraz LP-FTIR, umożliwiające identyfikację wszystkich gazowych produktów rozkładu. Uniepalnioną matrycę skrobi termoplastycznej wzmacniano ciętymi włóknami lnu lub warstwami tkaniny lniano-konopnej. Dzięki wzmocnieniu osiągnięto znaczne zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie oraz udarności wytworzonych biokompozytów, jednak ich odporność na palenie [oceniana na podstawie indeksu tlenowego (LOI), testu UL-94 oraz za pomocą kalorymetru stożkowego] uległa znacznemu pogorszeniu w stosunku do ognioodporności niewzmacnianej skrobi termoplastycznej. Badania TGA oraz metodą kalorymetru stożkowego wykazały, że udział fosforu w zastosowanym plastyfikatorze, a także we włóknach naturalnych modyfikowanych związkami fosforu użytych jako wzmocnienie, wpływa na poprawę odporności na ogień wytworzonych biokompozytów (klasa palności V-0 w teście UL-94, indeks tlenowy 32 %, maksymalna szybkość wydzielania ciepła mniejsza o 45 % niż w przypadku niewzmacnianej TPS), a jednocześnie pozwala na zachowanie ich korzystnej wytrzymałości mechanicznej.

Słowa kluczowe

EN

biocomposite; thermoplastic starch; natural fiber reinforcement; flame retardancy; plasticizer; phosphorous polyol; ammonium phosphate; thermal degradation

PL

biokompozyt; skrobia termoplastyczna; naturalne włókna wzmacniające; opóźniacze palenia; plastyfikator; poliol funkcjonalizowany fosforem; fosforan amonu; degradacja termiczna

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 58, nr 5
• Strony: 385--394
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz.

Twórcy

autor

Bocz K.

autor

Szolnoki B.

autor

Władyka-Przybylak M.

autor

Bujnowicz K.

autor

Harakály G.

autor

Bodzay B.

autor

Zimonyi E.

autor

Toldy A.

autor

Marosi G.

• Budapest University of Technology and Economics, Department of Organic Chemistry and Technology, H-1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3., Hungary,

Bibliografia

• 1. Lu D. R., Xiao C. M., Xu S. J.: Express Polym. Lett. 2009, 3(6), 366.
• 2. Ndazi B. S., Karlsson S.: Express Polym. Lett. 2011, 5(2), 119.
• 3. Kozlowski R., Władyka-Przybylak M.: Text. Process.: State Art. Future Dev. 2007, 4(3), 272.
• 4. Milani A. S., Eskicioglu C., Robles K., Bujun K., Hosseini-Nasab H.: Express Polym. Lett. 2011, 5(12), 1062.
• 5. Faruk O., Bledzki A. K., Fink H. P., Sain M.: Prog. Polym. Sci. 2012, 27, 1152.
• 6. Matkó Sz., Toldy A., Keszei S., Anna P., Bertalan Gy., Marosi Gy.: Polym. Degrad. Stab. 2005, 88, 138.
• 7. Wittek T., Tanimoto T.: Express Polym. Lett. 2008, 2(11), 810.
• 8. Wu K., Hu Y., Song L., Lu H., Wang Z.: Ind. Eng. Chem. Res. 2009, 48, 3150.
• 9. Duquesne S., Samyn F., Bourbigot S.: „Recent Advances in Flame Retardancy of Polymeric Materials XXIII” (Ed.Wilkie C.), 2012, (ACCEPTED).
• 10. Le Bras M., Duquesne S., Fois M., Grisel M., Poutch F.: Polym. Degrad. Stab. 2005, 88, 80.
• 11. Chen D., Li J., Ren J.: Polym. Int. 2011, 60, 599.
• 12. Shumao L., Jie R., Hua Y., Tao Y., Weizhong Y.: Polym. Int. 2010, 59, 242.
• 13. Liodakis S., Fetsis I. K., Agiovlasitis I. P.: J. Therm. Anal. Calorim. 2009, 98, 285.
• 14. Gaan S., Sun G.: Polym. Degrad. Stab. 2007, 92, 968.
• 15. Suardana N. P. G., Ku M. S., Lim J. K.: Mater. Design. 2011, 32, 1990.
• 16. Nam S., Condon B. D., Parikh D. V., Zhao Q., Cintrón M. S., Madison C.: Polym. Degrad. Stab. 2011, 96, 2010.
• 17. Bodzay B., Marosfői B. B., Igricz T., Bocz K., Marosi G.: J. Anal. Appl. Pyrolysis 2009, 85, 313.
• 18. Rodriguez-Gonzalez F. J., Ramsay B. A., Favis B. D.: Carbohyd. Polym. 2004, 58, 139.
• 19. Smits A. L. M., Kruiskamp P. H., van Soest J. J. G., Vliegenthart J. F. G.: Carbohyd. Polym. 2003, 53, 409.
• 20. Rudnik E.: J. Therm. Anal. Calorim. 2007, 88, 495.
• 21. Luan L., Wu W., Wagner M. H., Mueller M.: J. Appl. Polym. Sci. 2010, 118, 997.
• 22. Bodzay B., Fejős M., Bocz K., Toldy A., Ronkay F., Marosi Gy.: Express Polym. Lett. 2012, 6, 895.
• 23. Nam S., Condon B. D., White R. H., Zhao Q., Yao F., Cintrón M. S.: Polym. Degrad. Stab. 2012, 97, 738.
• 24. Liodakis S., Bakirtzis D., Dimitrakopoulos A. P.: Thermochim. Acta 2003, 399(1—2), 31.
• 25. Hendrix J. E., Bostic J. E., Olson E. S., Barker R. H.: J. Appl. Polym. Sci. 1970, 14, 1701.
• 26. Joseph G.: „Fire retardancy of polymeric materials”. New York: Marcel Dekker, Inc; 2000, p. 148.
• 27. Kamal I., Malek A. R. A., Yusof M. N. M., Masseat K., Ashaari Z., Abood F.: Modern. Appl. Sci. 2009, 3, 2.