Flame retardancy of starch –based biocomposites — aluminum hydroxide-coconut fiber synergy

• Autorzy: Gallo E. , Sánchez-Olivares G. , Schartel B.

Warianty tytułu

PL

Uniepalnianie biokompozytów na bazie skrobi — synergia wodorotlenku glinu i włókien kokosowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The use of coconut fiber (CF) agricultural waste was considered as an environmentally friendly and inexpensive alternative in flame retarded biocomposites. To decrease the high content of aluminum trihydrate (ATH) required, the thermal decomposition (thermogravimetry), flammability [oxygen index (LOI) and UL 94 test] and fire behavior (cone calorimeter) of a combination of CF and ATH were investigated in a commercial blend of thermoplastic starch (TPS) and cellulose derivatives. CF induced some charring activity, slightly decreasing the fire load and burning propensity in cone calorimeter test. ATH decomposes endothermically into water and inorganic residue. Significant fuel dilution as well as a pronounced residual protection layer reduces the fire hazards. Replacing a part of ATH with coconut fibers resulted in improved flame retardancy in terms of ignition, reaction to small flame, and flame-spread characteristics [heat release rate (HRR), fire growth rate (FIGRA), etc.]. The observed ATH and CF synergy opens the door to significant reduction of the ATH contents and thus to interesting flame retarded biocomposites.

PL

Badano możliwość zastosowania dodatku włókna kokosowego (CF), pochodzącego z odpadów rolniczych, jako tanią i przyjazną dla środowiska alternatywną metodę uniepalniania biokompozytów. Wykonano próbki kompozytów skrobi termoplastycznej z dodatkiem środka uniepalniającego w postaci wodorotlenku glinu (ATH), CF lub ich mieszaniny (tabela l). Określono parametry rozkładu termicznego otrzymanych próbek (rys. 1, tabela 2), zbadano ich palność wykonując test UL 94 (rys. 2, tabela 3) oraz wyznaczając wartości indeksu tlenowego (LOI) (tabela 3), a także wykonując pomiary za pomocą kalorymetru stożkowego (rys. 3—5, tabela 4). Uzyskane wyniki pozwoliły stwierdzić, że zarówno dodatek CF jak i ATH powodował ograniczenie palności badanych biokompozytów. Zauważono, że zastosowanie jako środka uniepalniającego mieszanki ATH i CF daje efekt synergiczny związany ze wzmocnieniem działania uniepalniającego w porównaniu z użyciem pojedynczego napełniacza. Zaobserwowany efekt daje możliwość ograniczenia, stosowanego zwykle w dużych ilościach, dodatku ATH, a jednocześnie uzyskania skuteczniej uniepalnionych biokompozytów.

Słowa kluczowe

EN

biocomposites; flammability; starch; aluminum hydroxide; coconut fiber

PL

biokompozyt; palność; skrobia; wodorotlenek glinu; włókno kokosowe

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 58, nr 5
• Strony: 395--402
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz.

Twórcy

autor

Gallo E.

autor

Sánchez-Olivares G.

autor

Schartel B.

• BAM Federal Institute for Materials Research and Testing, Unter den Eichen 87, 12205 Berlin, Germany,

Bibliografia

• 1. Bilba K., Arsene M. A., Ouensanga A.: Bioresour. Technol. 2007, 98, 58.
• 2. Władyka-Przybylak M., Bujnowicz K., Kozłowski R., Rydarowski H.: Przem. Chem. 2008, 87, 1172.
• 3. Schuh T., Gayer U.: „Automotive applications of natural fiber composites” in „Lignocellulosic-Plastics Composites” (Eds. Leão A. L., Carvalho F. X., Frollini E.), Unesp Publishers, Botucatu, Brazil 1997.
• 4. Satyanarayana K. G., Pillai C. K. S., Sukumaran K., Pillai S. G. K., Rohatgi P. K., Vijayan K.: J. Mater. Sci. 1982, 17, 2453.
• 5. George J., Sreekala M. S., Thomas S.: Polym. Eng. Sci. 2001, 41, 1471.
• 6. Carvalho K. C. C., Mulinari D. R., Voorwald H. J. C., Cioffi M. O. H.: Bioresources 2010, 5, 1143.
• 7. Monteiro S. N., Terrones L. A. H., D’Almeida J. R. M.: Polym. Test. 2008, 27, 591.
• 8. Leblanc J. L., Furtado C. R. G., Leite M. C. A. M., Visconte L. L. Y., Ishizaki M. H.: J. Appl. Polym. Sci. 2006, 102, 1922.
• 9. Arumugam N., Selvy K. T., Rao K. V., Rajalingam P.: J. Appl. Polym. Sci. 1989, 37, 2645.
• 10. Monteiro S. N., Terrones L. A. H., Lopes F. P. D., D’Almeida J. R. M.: Rev. Mater. 2005, 10, 571.
• 11. Riedel U., Nickel J.: Angew. Makromol. Chem. 1999, 272, 34.
• 12. Schartel B., Braun U., Schwarz U., Reinemann S.: Polymer 2003, 44, 6241.
• 13. Fois M., Grisel M., Le Bras M., Duquesne S., Poutch F.: „Fire Retardant Polypropylene/Flax Blends: Use of Hydroxides” in „Fire Retardancy of Polymers: New Applications of Mineral Fillers” (Eds. Le Bras M., Wilkie C. A., Bourbigot S., Duquesne S., Jama C.), RSC, Cambridge 2005.
• 14. Kozłowski R., Władyka-Przybylak M.: Polym. Adv. Technol. 2008, 19, 4463.
• 15. Gallo E., Schartel B., Acierno D., Russo P.: Eur. Polym. J. 2011, 47, 1347.
• 16. Manfredi L. B., Rodriguez E. S., Wladyka-Przybylak M., Vazquez A.: Polym. Degrad. Stab. 2006, 91, 255.
• 17. Le Bras M., Duquesne S., Fois M., Grisel M., Poutch F.: Polym. Degrad. Stab. 2005, 88, 80.
• 18. Hornsby P. R., Rothon R. N.: „Fire Retardant Fillers for Polymers” in „Fire Retardancy of Polymers: New Applications of Mineral Fillers” (Eds. Le Bras M.,Wilkie C. A., Bourbigot S., Duquesne S., Jama C.), RSC, Cambridge 2005.
• 19. Gross R., Kalra B.: Science 2002, 297, 803.
• 20. Bastioli C.: Polym. Degrad. Stab. 1998, 59, 263.
• 21. Albano C., Gonzalez J., Ichazo M., Kaiser D.: Polym. Degrad. Stab. 1999, 66, 179.
• 22. Rosa M. F., Chiou B. S., Medeiros E. S.,Wood D. F., Mattoso L. H. C., OrtsW. J., Imam S. H.: J. Appl. Polym. Sci. 2009, 111, 612.
• 23. Rosa M. F., Chiou B., Medeiros E. S., Wood D. F., Williams T. G., Mattoso L. H. C., Orts W. J., Imam S. H.: Bioresour. Technol. 2009, 100, 5196.
• 24. Saheb N. D., Jog J. P.: Adv. Polym. Technol. 1999, 18, 351.
• 25. Horn W. E.: „Inorganic Hydroxides and Hydroxycarbonates: Their Function and Use as Flame Retardant Additives” in „Fire Retardancy of Polymeric Materials” (Eds. Grand A. F., Wilkie C. A.), Marcel Dekker Inc., New York 2000.
• 26. Casu A., Camino G., de Giorgi M., Flath D., Laudi A., Morone V.: Fire Mater. 1998, 22, 7.
• 27. Schartel B., Pötschke P., Knoll U., Abdel-Goad M.: Eur. Polym. J. 2005, 41, 1061.
• 28. Braun U., Schartel B.: Macromol. Chem. Phys. 2004, 205, 2185.
• 29. Schartel B., Weiß A.: Fire Mater. 2010, 34, 217.
• 30. Wu G. M., Schartel B., Bahr H., Kleemeier M., Yu D., Hartwig A.: Combust. Flame 2012, 159, 3616.
• 31. Lyon R. E.: „Plastics and rubber” in „Handbook of Building Materials for Fire Protection” (Ed. Harper C. A.), McGraw--Hill Handbooks, New York 2004.
• 32. Schartel B., Braun U.: e-Polymers 2003, No. 13.
• 33. Babrauskas V.: „Bench-scale methods for prediction of full-scale fire behavior of furnishings and wall linings”, SFPE Technology Report, Society of Fire Protection Engineers, Boston 1984.
• 34. Schartel B., Hull T. R.: Fire Mater. 2007, 31, 327.