Realizacja badań. Nowe przyjazne dla środowiska kompozyty polimerowe z wykorzystaniem surowców odnawialnych

Transkrypt

1 Realizacja badań PO: Innowacyjna Gospodarka, Działanie 1.3: Oś priorytetowa 1. Badania i rozwój nowoczesnej technologii Poddziałanie: strategiczne programy badan naukowych i rozwojowych (lub projekty systemowe) grupa tematyczna III Bio: postęp biologiczny w rolnictwie i ochrona środowiska Nowe przyjazne dla środowiska kompozyty polimerowe z wykorzystaniem surowców odnawialnych koordynator: Główny Instytut Górnictwa (konsorcjum IWNiRZ Poznań, IChP Warszawa, Politechnika Krakowska, Uniwersytet Opolski, UTP Bydgoszcz, AGH Kraków, Politechnika Wrocławska) Politechnika Wrocławska: 12 styczeń 2011

2 Zadanie nr 1 PRACE PRZYGOTOWAWCZE LIPIEC 2008 dr inż. Henryk Rydarowski prof. dr hab. inż. Marek Kozłowski Prof. dr hab. inż. Krystyna Czaja Zadanie nr 2 Opracowanie składu oraz technologii otrzymywania termoplastycznych kompozytów z napełniaczami i wzmocnieniami naturalnymi na osnowie polietylenu (GIG i IWNiRZ) Zadanie nr 5 Ocena wpływu czynników środowiskowych oraz obciążeń długotrwałych na zmiany właściwości wytworzonych kompozytów (UO AGH) Zadanie nr 3 Wytwarzanie kompozytów polimerowych z naturalnymi napełniaczami pod kątem ich wykorzystania w przemyśle (PWr., IChP, UTP) dr inż. Stanisław Kuciel Zadanie nr 4 Biokompozyty na bazie polimerów biodegradowalnych wzmocnionych napełniaczami pochodzenia naturalnego pod kątem ich wykorzystania w rolnictwie i przemyśle opakowaniowym. (PK, PWr.)

3 Biopolimerowa osnowa PLA BOR-P-680Z - PLA + modyfikowana skrobia 20% (ShenZen GreenPlas, Chiny) BIOPLAST GS Bio-Flex F PLA + kopoliestry (FKuR Plastics, Niemcy) PLA + skrobia ziemniaczana (Biotec GmbH & Co, Niemcy) Skrobi Solanyl 20F, 30R - TPS, ziemniaczana (Rodenburg Biopolymers, Holandia) BioCeres BC-LBI01, BC-LB108 - na bazie skrobi pszenicznej (FuturaMat, Francja) Celulozy Biograde C acetyloceluloza (FKuR Plastics, Niemcy) PHB Biomer P226 - plastyfikowany poli(3-hydroksymaślan) (Biomer, Niemcy)

4 56,5 21,6 Właściwości ,2 36,4 45,7 25,1 22,2 6,75 14,8 Wytrzymałość na rozciąganie [MPa]

5 Napełniacze Mączka drzewna Lignocel (J. Rettenmaier & Sohne GmbH+Co) Włókna kenafu (Kenaf Eco Fibers Italy) Włókna pokrzywy Włosie końskie

6 Próbki do badań Wtryskiwane próbki wiosełkowe (wg PN-EN ISO 294-1:2002 ): Polimery BOR-P-680Z Włókna Mączka drzewna Kenaf Pokrzywa Włosie k. 15% 25% 40% 25% 40% 15% 15% BIOPLAST GS 2189 Bio-Flex F 6510* Solanyl 20 F Solanyl 30R BC-LBI01* BC-LBI08 * Biograde C 9555* Biomer P226

7 PLA mączka drzewna

8 Kompozyty z TPS

9 Kompozyty z PHB

10 500x 100x 500x BIOPLAST + Lignocel 200x BIOPLAST + kenaf 200x Solanyl + kenaf 200x PHB + pokrzywa PHB + włosie końskie Solanyl BP20F

11 Tensile tests with the use of the Instron 4465 tensile machine were carried out according to PN-EN ISO Tensile strength, modulus of elasticity and strain at break were calculated. Charpy impact test (unnotched) was performed using Zwick Pendulum Impact Tester HIT5.5P. Viscosity properties were measured with LCR7000, laboratory capillary rheometer with load cell and one tungsten carbide orifice. The test was done at 170 C for BioCeres polymer and its composites and at 190 C for BioFlex materials. Shear rate range was from 10 to 10 3 s - 1.

12 As ussual in case of filling polymer with fiber we can observe decrease of elongation at break for biocomposites. BioFlex has very good impact strength, 6 times higher than BioCeres. Adding natural fibers causes decrease of its value for the level of Bioceres and its composites.

13 Viscosity of BioFlex is remarkably higher than viscosity of BioCeres, thus BioFlex processing can be more difficult. Flax fibers addition decreases BioFlex biocomposites viscosity, especially at higher shear rate. For biocomposites on the base of BioCeres, flax fibers increase viscosity, but results of the tests are still lower than for BioFlex and its composites.

14 Podsumowanie i wnioski Właściwości Dodatek włókien - widoczny wzrost sztywności materiału, spadek odkształceń plastycznych, niewielki wzrost wytrzymałości na rozciąganie Kenaf - największy wzrost sztywności i wytrzymałości Biodegradowalność, materiały z odnawialnych surowców Obniżenie właściwości mechanicznych wskutek chłonności wody i mniejsza odporności na temperaturę Przetwórstwo Techniki wytwarzania biokompozytów oparte na istniejących metodach przetwórstwa tworzyw sztucznych i kompozytów Temperatura przetwórstwa biotworzyw niższa niż temperatura rozkładu włókien naturalnych Zmniejszenie wydajności przy wysokim stopniu napełnienia włóknami, szczególnie przy produkcji wyrobów wtryskowych Modyfikacja chemiczna poprawa adhezji, ograniczenie chłonności wody Zastosowanie Alternatywa dla kompozytów na osnowie polimerów syntetycznych napełnianych włóknem szklanym Dla produktów o krótkim cyklu życia, używanych w temperaturze pokojowej Materiały konkurencyjne cenowo dla czystych biopolimerów i innych kompozytów Dalsze badania: biopolimery z odnawialnych surowców niebiodegradowalne dla przemysłu samochodowego np. biopoliamid, biopolietylen

15 Biopolimery PLA PLE 001 PHA PHE 001 Kopoliestry PBI 003 produkcji NaturePlast, Francja Gęstość[g/cm 3 ] Wytrzymałość na rozciąganie [MPa] Wydłużenie przy zerwaniu [%] Temperatura degradacji [ C] PLE 001 1, PHE 001 1, PBI 003 1,

16 Biopolimery z odnawialnych surowców Hiprolon 211 poliamidwytwarzany na bazie oleju rycynowego, prod. Suzhou Hipro, Chiny Gęstość: 1.05 [g/cm 3 ] Chłonność wody: 0,9 [%] Wytrzymałość na rozciąganie: 65 [MPa] Wydłużenie przy zerwaniu: 360 [%] Temperatura topnienia: [ C]

17 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz ze środków budżetu państwa w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka Umowa nr UDA-POIG /08-00, Aneks do umowy nr UDA-POIG /08-01 z dnia , Aneks nr UDA-POIG /08-02 z dnia r. Nowe przyjazne dla środowiska kompozyty polimerowe z wykorzystaniem surowców odnawialnych realizowana w ramach Działania 1.3 PO IG, Poddziałania