Projekt: Nowe przyjazne dla środowiska kompozyty polimerowe z wykorzystaniem surowców odnawialnych Zadanie 5 - Ocena wpływu czynników środowiskowych oraz obciążeo długotrwałych na zmiany właściwości wytworzonych kompozytów Zadanie 5.2 (kierownik zadania dr inż. Barbara Szaraniec) Badania trwałości wytworzonych kompozytów polimerowych opracowanych w ramach realizacji projektu w warunkach obciążeo statycznych i dynamicznych oraz badania in vitro w środowisku wodnym dr inż. Barbara Szaraniec email: szaran@agh.edu.pl tel. 012 617 46 35 Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Biomateriałów, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków
Otrzymanie próbek Charakterystyka materiałów Zmęczenie Właściwości mechaniczne Pełzanie Wytrzymałośd Moduł Younga Twardośd Kompostowanie (biodegradacja) Inkubacja w wodzie ph Przewodnośd Masa Charakterystyka powierzchni Badania strukturalne i mikrostrukturalne Zwilżalnośd Chropowatośd XRD FTIR DSC SEM lepkośd
Osnowy polimerowe: Polietylen PELD Malen E, BASELL ORLEN Polilaktyd PLA INGEO 3051D, NatureWorks BioFlex Włókna naturalne: Rozdrobnione włókna juty i konopi z komercyjnie dostępnych sznurków Rozdrobniona kotonina lniana i konopna IWN Włókna juty Włókna konopi
Pionowa wtryskarka ślimakowa MULTIPLAS [PN-EN ISO 527-2 Tworzywa sztuczne, Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu PE/konopie PE/juta PLA/konopie PLA/ juta
Otrzymywanie próbek (włókno konopi) Cięcie włókien (włókno juty) Mieszanie mechaniczne włókien z osnową Homogenizacja we wtryskarce Cięcie otrzymanego kompozytu GRANULAT PE, PLA/konopie GRANULAT PE, PLA/juta Wtrysk otrzymanego granulatu kompozytowego
Kompostowanie wpływ mikroorganizmów Kompostownik Ekobat TERMO-410 Okres kompostowania: 25 tygodni Częstotliwośd badania: co 2 tygodnie, Komposter Radavit (bakterie kompostowe i kultury grzybów zawartych w odżywczym substracie z węglowodanów i protein).
inkubacja przez 5 miesięcy, woda destylowana, temp. 37 C.
Porównanie degradacji hydrolitycznej i biodegradacji i PLA k w i PLA/juta k w i PLA/konopie k w
XRD - dyfraktogramy dla polilaktydu Counts 4000 3000 2000 1000 0 degradacja hydrolityczna biodegradacja wyjściowy PLA 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Position [ 2Theta] (Copper (Cu))
maszyna wytrzymałościowa Zwick 1435
Twardości zmierzono za pomocą twardościomierza KB Pruftechnik metodą Brinella (HB)
Tensile strength [MPa] 100 PLA PLA/hemp PLA/jute 80 60 66,8 62,5 75,6 76,6 71,1 61,3 61,8 65,6 72,9 59,5 70,1 56,5 40 20 25,7 17,4 18,7 0 initial 2 weeks 3 weeks 9 weeks 15 weeks
Young's Modulus [MPa] 4000 PLA PLA/hemp PLA/jute 3000 2000 1000 0 initial 2 weeks 3 weeks 9 weeks 15 weeks
Badanie zwilżalności powierzchni wykonano za pomocą urządzenia DSA10 Mk2 Kruss Goniometr, przy użyciu wody destylowanej, wykorzystując metodę siedzącej kropli.
materiał stan wyjściowy kąt zwilżania θ [ ] biodegradacja degradacja hdrolityczna PLA 84,3±0,9 76,7± 10,3 60,8±10,7 PLA/konopie 85,4±3,3 66,6±8,3 65,5±9,8 PLA/juta 80,1±4,3 63,7±14,7 51,8±14,1
Pomiar chropowatości powierzchni wykonano przy użyciu profilometru HOMMELWERKE Wyznaczane parametry: Ra, Rt, Rz.
Ra 2,5 Badanie powierzchni PLA 2 1,5 1 0,5 0 Wyjściowe 2 tygodnie 3 tygodnie 5 tygodni 7 tygodni 9 tygodni 11 tygodni 15 tygodni PLA PLA + wł. Konopi PLA + wł. Juty
Nova Nano SEM 200, Próbka PE / juta Próbka PE / konopie
Włóka juty Włókna konopi
Wyznaczenie czasów życia badanych materiałów na podstawie otrzymanych rodzin krzywych pełzania {t f =f( )}
Publikacje Kompozyty polimerowe z dodatkiem włókien naturalnych Magdalena Ziąbka, Barbara Szaraniec Kompozyty, 2010, vol. 10, nr 2 s. 138 142 The influence of the environment on the degradation of polylactides and their composites Jan Chłopek, Anna Morawska-Chochół, Barbara Szaraniec Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2010, vol. 43, iss. 1, s. 72 79 Degradation of PLA/hemp and PLA/jute composities Barbara Szaraniec, Tomasz Goryczka Modern Polymeric Materials for Environmental Applications, 2010, vol. 4, iss. 2, s. 215 224 4th international seminar: Kraków, 1 3 Dec. 2010, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne TEZA