Kashytskyi, V., Sadova, О., & Shehynskyi, V.
(2024).
The development of glutin-based biocomposite materials with advanced hydrophobicity.
Commodity Bulletin,
17(1),
27-35.
https://doi.org/10.62763/ef/1.2024.27
ISSN 2310-5283
e-ISSN 3041-1432
УДК 67; 68; 33
Розробка глютинових біокомпозитних матеріалів з підвищеною гідрофобністю
Отримано 20.11.2023, Доопрацьовано 10.01.2024, Прийнято 26.04.2024
Анотація
Біокомпозитні матеріали, що містять компоненти природного походження, мають низьку стійкість до водопоглинання через високу ліофільність компонентів. Це призводить до швидкого руйнування біокомпозитних виробів в умовах експлуатації підвищеної вологості, що визначає необхідність та важливість проведення прикладних досліджень в даній галузі. Метою роботи є дослідження впливу гідрофобних добавок на міцність при стисненні та гігроскопічність біокомпозитних матеріалів, що складаються з глютинової матриці (100 мас. ч.) та деревного борошна (100 мас. ч.). Технологія формування біокомпозитних матеріалів полягає у поетапному проведенні операції пресування композиції за тиску 10-15 МПа та термічної обробки виробу у прес-формі за температури 140°С. У роботі використано експериментальні методи дослідження міцності при стисненні та гігроскопічності біокомпозитних матеріалів. Експериментально встановлено оптимальний вміст модифікуючої добавки (парафін) в кількості 4 мас. ч. на 100 мас. ч. біополімерної матриці. За такого вмісту відбувається підвищення межі міцності при стисненні біокомпозитних матеріалів у 2,8-4,6 разів порівняно з біокомпозитами з іншим вмістом парафіну. В результаті аналізу стану зруйнованих під дією статичного навантаження біокомпозитних зразків визначено особливості виникнення та поширення тріщин в біокомпозитах з різним вмістом модифікуючої добавки, а також залежно від проведення попередньої обробки композиції або додаткової обробки біокомпозитів у тепловому полі. Використання захисних гідрофобних покриттів на поверхні біокомпозитних зразків забезпечило підвищення стійкості біокомпозитів до негативного впливу вологи. Найбільш ефективним виявилися покриття на основі розчину парафіну, які забезпечили зниження водопоглинання на 45-50 % порівняно з біокомпозитами, що покриті розплавом воску, оліфою та олією соняшниковою. Комплексне використання гідрофобних речовин як модифікуючих добавок та захисних покриттів мають практичне значення, оскільки позитивно впливають на процеси формування структури, підвищення міцності та гідрофобності біокомпозитних матеріалів, які експлуатуються у вологому середовищі
Ключові слова:
деревне борошно; олія соняшникова; оліфа оксоль; розчин парафіну; розплав воску; міцність при стисненні; теплове поле
ЦИТУВАТИ
880 Переглядів
Використані джерела
[1] Albab, S.A., Sulistyo, & Nugroho, S. (2019). Analysis and characterization helm based on hyacint water composites. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 598, article number 0120245. doi: 10.1088/1757-899X/598/1/012045.
[2] Alvarez, V.A., Ruseckaite, R.A., & Vazquez, A. (2006). Degradation of sisal fibre mater Bi-Y biocomposites buried in soil. Polymer Degradation and Stability, 91(12), 3156-3162. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2006.07.011.
[3] ASTM D3201/D3201M-20. (2020). Standard test method for hygroscopic properties of fire-retardant wood and woodbased products. doi: 10.1520/D3201_D3201M-20.
[4] ASTM D695-23. (2023). Standard test method for compressive properties of rigid plastics. doi: 10.1520/D0695-23.
[5] Chaturvedi, R., Pappu, A., Tyagi, P., Patidar, R., Khan, A., Mishra, A., Gupta, M.K., & Thakur, V.K. (2022). Next-generation high-performance sustainable hybrid composite materials from silica-rich granite waste particulates and jute textile fibres in epoxy resin. Industrial Crops and Products, 177, article number 114527. doi: 10.1016/j.indcrop.2022.114527.
[6] Chen, L., Yu, Z., Fei, B., Lin, C., Fang, C., Liu, H., Ma, X., Zhang, X., & Sun, F. (2022). Study on performance and structural design of bamboo helmet. Forests, 13, article number 1091. doi: 10.3390/f13071091.
[7] DSTU 4153-2003. (2004). Solid petroleum paraffins. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=62348.
[8] Huda, M.S., Drzal, L.T., Mohanty, A.K., & Misra, M. (2008). Effect of chemical modifications of the pineapple leaf fiber surfaces on the interfacial and mechanical properties of laminated biocomposites. Composite Interfaces, 15(2-3), 169-191. doi: 10.1163/156855408783810920.
[9] Ilyas, R.A., & Sapuan, S.M. (2020). Biopolymers and biocomposites: Chemistry and technology. Current Analytical Chemistry, 16(5), 500-503. doi: 10.2174/157341101605200603095311.
[10] Kashytskyi, V.P., Sadova, O.L., & Yanchuk, S.L. (2023a). Intensification of the formation process of sodium sulfate-modified biocomposite materials based on the glutinous matrix. Functional Materials, 30(1), 35-42. doi: 10.15407/fm30.01.35.
[11] Kashytskyi, V.P., Sadova, O.L., Vyshynskyi, M.I., & Myskovets, S.V. (2023b). Formation of glutinous biocomposite materials filled with chopped stalks of cereal crops. Bulletin of Vinnytsia Polytechnic Institute, 1(166), 65-71. doi: 10.31649/1997-9266-2023-166-1-65-71.
[12] Mohd, A., Baba, N.B., Umor, M.Z., & Mohamed, R.M. (2021). Composites of polymer blends and their applications using natural fibres: A review. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1068, article number 012006. doi:10.1088/1757-899X/1068/1/012006.
[13] Mulla, M.H., Norizan, M.N., Abdullah, C.K., Rawi, N.F.M., Kassim, M.H.M., Salleh, K.M., Abdullah, N., & Norrrahim, M.N.F. (2023). Dynamic mechanical properties of sugar palm fiber-reinforced polymer composites: A review. Polymer Bulletin. doi: 10.1007/s00289-023-05115-7.
[14] Munoz, E., & Garcia-Manrique, J.A. (2015). Water absorption behaviour and its effect on the mechanical properties of flax fibre reinforced bioepoxy composites. International Journal of Polymer Science, 10, article number 390275. doi: 10.1155/2015/390275.
[15] Ortega, F., Versino, F., Lopez, O.V., & Gaia, M.A. (2022). Biobased composites from agro-industrial wastes and by-products. Emergent Materials, 5, 873-921. doi: 10.1007/s42247-021-00319-x.
[16] Official website of Kremer Pigmente. 63000 Bone glue, pearls. (2016). Retrieved from https://shop.kremerpigments.com/us/shop/mediums-binders-glues/water-soluble-binders/63000-bone-glue-pearls.html.
[17] Paglicawan, M.A., Emolaga, C.S., Sudayon, J.M.B., & Tria, K.B. (2021). Mechanical properties of abaca-glass fiber composites fabricated by vacuum-assisted resin transfer method. Polymers, 13(16), article number 2719. doi: 10.3390/ polym13162719.
[18] Ramli, N., Mazlan, N., Ando, Y., Leman, Z., Abdan, K., Aziz, A.A., & Sairy, N.A. (2018). Natural fiber for green technology in automotive industry: A brief review. IOP Conference Series Materials Science and Engineering, 368(1), article number 012012. doi: 10.1088/1757-899X/368/1/012012.
[19] Scaffaro, R., Maio, A., Gulino, E.F., Alaimo, G., & Morreale, M. (2021). Green composites based on PLA and agricultural or marine waste prepared by FDM. Polymers, 13(9), article number 1361. doi: 10.3390/polym13091361.
[20] Shahzad, A. (2013). A study in physical and mechanical properties of hemp fibres. Advances in Materials Science and Engineering, 9, article number 325085. doi: 10.1155/2013/325085.
[21] Shamsudin, M.A., Zulkarnain, F.S., & Abdullah, M.I.H.C. (2020). Design and analysis of bicycle helmet moulding process development. Journal of Physics: Conference Series, 1529, article number 042026. doi: 10.1088/1742-6596/1529/4/042026.
[22] Sumesh, K.R., Ajithram, A., Anjumol, K.S., & Krishnan, S.G. (2024). Influence of natural fiber addition and fiber length in determining the wear resistance of epoxy-based composites. Polymer Composites, 45(2), 1-14. doi: 10.1002/pc.27968.
[23] Uppal, N., Pappu, A., Gowri, V.K., & Thakur, V.K. (2022). Cellulosic fibres-based epoxy composites: From bioresources to a circular economy. Industrial Crops and Products, 182, article number 114895. doi: 10.1016/j.indcrop.2022.114895.
[24] Zwawi, M. (2021). A review on natural fiber bio-composites, surface modifications and applications. Molecules, 26(2), article number 404. doi: 10.3390/molecules26020404.