Biobased composites

• Autorzy: Ganster J. , Erdmann J. , Fink H.-P.

Warianty tytułu

PL

Biokompozyty

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Biobased thermoplastics, such as poly(lactic acid), have attracted much attention in recent years as an alternative to oil-based plastics both in academia and industry. Based on renewable raw materials these polymers offer advantages in terms of decreased dependence on fossil resources and reduced CO2 footprint in accord with sustainability ideas and climate protection. In order to improve the properties of these materials, reinforcement with biobased fibers represents a promising option. An alternative route to glass and natural fiber reinforcement was taken and intensively investigated. The novel approach is based on the use of cellulose man-made fibers, in particular rayon tire cord yarn, as a biogenic reinforcing component. It was demonstrated that short fiber rayon reinforcement leads to dramatic improvements in the mechanical properties of various biobased and partially biobased matrix materials. While stiffness is easily enhanced also with natural fibers, the use of rayon results in considerable improvements in strength and impact properties in contrast to natural fiber reinforcement. For example, an enhancement of more than 500 % was observed in notched Charpy impact strength of poly(lactic acid). In the present contribution results concerning composite mechanical properties will be presented for various biobased matrix materials with special emphasis on the role of the fiber-matrix interphase. By reactive extrusion this interphase can be tailored from being weak (anti-coupling), intermediate (no modification) or strong (covalent coupling). Implications for the composite properties as a function of matrix stiffness will be discussed. Other factors influencing the composite properties such as fiber length and fiber diameter will be considered as well. Finally, some general conclusions will be drawn concerning future work and industrial prospects.

PL

Termoplastyczne biopolimery, np. poli(kwas mlekowy), w ostatnich latach skupiają uwagę zarównoośrodków naukowych, jak i przemysłu, stanowiąc alternatywę dla materiałów wytwarzanych z produktów petrochemicznych. Biopolimery otrzymywane z surowców pozyskiwanych ze źródeł odnawialnych pozwalają na zmniejszenie zależności od zasobów paliw kopalnych, wpisują się też w ideę zrównoważonego rozwoju i ochrony środowiska. W celu poprawy wytrzymałości mechanicznej tego rodzaju polimerów stosuje się dodatek wzmacniających biowłókien jako zamienników dotychczas używanych włókien szklanych lub włókien naturalnych. W niniejszym artykule omówiono wpływ dodatku krótkich włókien regenerowanej celulozy (rayon) na mechaniczne właściwości kompozytów na osnowie całkowicie lub częściowo biologicznych polimerów. Zastosowanie naturalnych włókien w charakterze wzmocnienia biopolimerów prowadzi do zwiększenia sztywności materiału matrycy, użycie natomiast włókien rayon pozwala na polepszenie wytrzymałości mechanicznej i udarności [np. dodatek celulozy rayon do poli(kwasu mlekowego) powoduje wzrost o 500 % udarności z karbem wg Charpy’ego]. Określono wpływ różnorodnych czynników na wytrzymałość mechaniczną biokompozytów wzmacnianych włóknami rayon, m.in. oddziaływań międzyfazowych włókno-matryca polimerowa. Na drodze reaktywnego wytłaczania można otrzymać kompozyty o różnej sile wiązaniawłókien z matrycą polimeru. Omówiono także zależności właściwości biokompozytów z dodatkiem włókien rayon od sztywności bazowego polimeru jak również od długości i średnicy wykorzystywanych do wzmocnienia włókien.

Słowa kluczowe

EN

biocomposites; interface; poly(lactic acid); cellulose fibres; mechanical properties

PL

biokompozyt; interfaza; poli(kwas mlekowy); włókna celulozowe; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 58, nr 6
• Strony: 423--434
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz.

Twórcy

autor

Ganster J.

autor

Erdmann J.

autor

Fink H.-P.

• Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research Geiselbergstraße 69,14476 Potsdam-Golm,

Bibliografia

• 1. Endres H.-J., Siebert-Raths A.: „Engineering Biopolymers—Markets, Manufacturing, Properties, and Applications”, Hanser Munich 2011.
• 2. Anonymus Market Study „Bioplastics. Ceresana Research”, www.ceresana.com, 2011.
• 3. Ganster J., Fink H.-P.: in „Nano- and biocomposites” (Eds. Lau A. K.-T. et al.), CRC Press Taylor & Francis Group, Boca Raton, London, New York 2010, pp. 275—289.
• 4. Weigel P., Ganster J., Fink H.-P., Gassan J., Uihlein K.: Kunststoffe Plast. Eur. 2002, 92, 35.
• 5. Fink H.-P.,Weigel P., Geiger O., Busch M.: Techn. Textil. 2004, 47, 126.
• 6. Fink H.-P., Ganster J.: Macromol. Symp. 2006, 244, 107.
• 7. Ganster J., Fink H.-P.: „Cellulose Fibers: Bio- and Nano Polymer Composites” (Eds. Kalia S. et al.), Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2011, pp. 479—506.
• 8. Ganster J., Pinnow M., Fink H.-P.: Composites 2006, A 37, 1796.
• 9. Bax B., Müssig J.: Compos. Sci. Technol. 2008, 68, 1601.
• 10. Bledzki A., Jaszkiewicz A., Scherzer D.: Composites 2009, A 40, 404.
• 11. Einsiedel R., Uihlein K., Ganster J., Rihm R.: ANTEC 2010, 68, 2266.
• 12. Ganster J., Fink H.-P.: Cellulose 2006, 13, 271.
• 13. Ganster J., Fink H.-P., Uihlein K., Zimmerer B.: Cellulose 2008, 15, 561.
• 14. Rodrig H., Basch A., Lewin M.: J. Polym. Sci. 1975, 13, 1921.
• 15. Lojewska J., Miskowiec P., Lojewski J.: Polym. Degrad. Stab. 2005, 88, 512.
• 16. Klemm D., Philipp B., Heinze T., Heinze U., Wagenknecht W.: „Comprehensive Cellulose Chemistry”, Bd. 1, Wiley-VCH, Weinheim 1998, pp. 109—112.
• 17. Lehmann A., Volkert B., Hassan Nejad M., Greco T., Fink H.-P.: Green Chem. 2010, 12, 2164.
• 18. WO 2006/032 406 (2006).
• 19. Ohkita T., Lee S. H.: J. Adhes. Sci. Technol. 2004, 18, 8, 905.
• 20. WO 2 011 101 163 (2010).
• 21. Felix J. M., Gatenholm P.: J. Appl. Polym. Sci. 1991, 42, 609.
• 22. Ganster J., Fink H.-P., Fraatz J., Nywlt M.: Acta Polym. 1994, 45, 312.
• 23. Ganster J., Erdmann J., Fink H.-P.: Kunststoffe inter. 2011, 101(12/2011), 46, German version published in Kunststoffe 12/2011:73.
• 24. Erdmann J., Ganster J.: Lenzinger Berichte 2011, 89, 91.