Kashytskyi, V., Sadova, О., Vyshynskyi, М., Shehynskyi, O., & Marchuk, N.
(2024).
Development of glutinous biocomposite materials filled with coffee grounds.
Commodity Bulletin,
17(2),
72-81.
https://doi.org/10.62763/cb/2.2024.72
ISSN 2310-5283
e-ISSN 3041-1432
УДК 67; 68; 33
Розробка клейових біокомпозитних матеріалів, наповнених кавовою гущею
Отримано 30.07.2024, Доопрацьовано 29.10.2024, Прийнято 03.12.2024
Анотація
Інтенсивний розвиток біокомпозитних матеріалів пов’язаний з використанням відходів сільськогосподарського виробництва або харчової промисловості як сировини. Така сировина є відновлювальною та екологічно чистою, але потребує спеціальної обробки для підготовки до використання як наповнювач і розробки методів формування біокомпозитних виробів, що визначає високу актуальність досліджень у цьому напрямку. Метою роботи було вивчення інтенсивності впливу механічних і теплових полів на механічні властивості та характер структуризації клейових біокомпозитних матеріалів з високим вмістом кавової гущі (190-200 мас. частин). Технологія формування біокомпозитних матеріалів полягала в термічній обробці композиції. Наступні етапи – пресування та витримка композиції при температурі 150 °C під тиском 8-11 МПа. У роботі використано методи визначення міцності при стисненні та ударної в’язкості. Також застосовано метод інфрачервоної спектроскопії для вивчення процесів структуризації. Було встановлено, що використання кавової гущі в кількості 200 мас. частин забезпечує підвищення міцності при стисненні до 75,8 МПа за умови формування біокомпозитного матеріалу з густиною 1,17 г/см³. Збільшення стійкості біокомпозитів до динамічних навантажень спостерігається при введенні наповнювача в кількості 190 мас. частин із попереднім пресуванням при специфічному навантаженні 8 МПа. Практичне значення цієї роботи полягає в розробці оптимального режиму термомеханічної обробки, що передбачає максимальне витримування композиції в прес-формі в тепловому полі протягом 2 годин, що підвищує механічні властивості клейових біокомпозитних матеріалів
Ключові слова:
клейова матриця; термомеханічна обробка; міцність при стисненні; ударна в’язкість; ІЧ-спектрограма; структуризація
ЦИТУВАТИ
531 Перегляд
Використані джерела
[1] 63000 Bone Glue, Pearls. (2016). Kremer Pigmente. Retrieved from https://www.kremer-pigmente.com/en/shop/mediums-binders-glues/63000-bone-glue-pearls.html.
[2] Akter, M., Uddin, H., & Tania, I.S. (2022). Biocomposites based on natural fibres and polymers: A review on properties and potential applications. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 41(17-18), 705-742. doi: 10.1177/07316844211070609.
[3] ASTM D695-23. Standard test method for compressive properties of rigid plastics. (2023, August). doi: 10.1520/D0695-23.
[4] ASTM D256-23e1. Standard test methods for determining the Izod pendulum impact resistance of plastics1 method. (2023, April). doi: 10.1520/D0256-23E01.
[5] Bodîrlău, R., Teacă, C.A., & Spiridon, I. (2014). Green composites comprising thermoplastic corn starch and various cellulose-based fillers. BioResources, 9(1), 39-53. doi: 10.15376/biores.9.1.39-53.
[6] Chava, S., Namilae, S., & Al-Haik, M. (2022). Residual stress reduction during composite manufacturing through cure modification: In situ analysis. Journal of Composite Materials, 56(6), 975-988. doi: 10.1177/00219983211066545.
[7] Dušek, J., Jerman, M., Podlena, M., Böhm, M., & Černý, R. (2021). Sustainable composite material based on surface-modified rape straw and environment-friendly adhesive. Construction and Building Materials, 300, article number 124036. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124036.
[8] Georgios, K., Silva, A., & Furtado, S. (2016). Applications of green composite materials. In S. Kalia (Ed.), Biodegradable green composite (pp. 312-337). doi: 10.1002/9781118911068.ch10.
[9] Gunti, R., Ratna Prasad, A.V., & Gupta, A.V.S.S.K.S. (2018). Mechanical and degradation properties of natural fiber-reinforced PLA composites: Jute, sisal, and elephant grass. Polymer Composites, 39(4), 1125-1136. doi: 10.1002/pc.24041.
[10] Gurunathan, T., Mohanty, S., & Nayak, S.K. (2015). A review of the recent developments in biocomposites based on natural fibres and their application perspectives. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 77, 1-25. doi: 10.1016/j.compositesa.2015.06.007.
[11] Jerman, M., Dušek, J., Böhm, M., & Černý, R. (2021). Composite material based on rape straw and environmentally friendly adhesive. In International conference of computational methods in sciences and engineering ICCMSE 2020 (Vol. 2343, Issue 1), article number 030008. Crete, Greece. doi: 10.1063/5.0047731.
[12] Kalia, S. (Ed.). (2016). Biodegradable green composites. Hoboken: John Wiley & Sons. doi: 10.1002/9781118911068.
[13] Kashytskyi, V.P., Sadova, O.L., & Yanchuk, S.L. (2023). 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.
[14] Mansor, M.R., Taufiq, M.J., & Ab Ghani, A.F. (2020). Natural resources based green composite materials. S. Siddiquee, M. Gan Jet Hong & M. Mizanur Rahman (Eds.), Composite materials: Applications in engineering, biomedicine and food science (pp. 169-199). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-030-45489-0_7.
[15] Melnychuk, M., Shevchuk, I., Kashytskyi, V., Feshcuk, Y., & Polivoda, N. (2023). Mechanical properties of hybrid composites based on polypropylene modified with natural fillers. In Lecture notes in mechanical engineering. 6th international conference on design, simulation, manufacturing: The innovation exchange, DSMIE 2023 (pp. 221-229). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-32774-2_22.
[16] More, A.P. (2021). Flax fiber-based polymer composites: A review. Advanced Composites and Hybrid Materials, 5, 1-20. doi: 10.1007/s42114-021-00246-9.
[17] Morreale, M., Liga, A., Mistretta, M.C., Ascione, L., & La Mantia, F.P. (2015). Mechanical, thermomechanical and reprocessing behavior of green composites from biodegradable polymer and wood flour. Materials, 8(11), 7536-7548. doi: 10.3390/ma8115406.
[18] Moshood, T.D., Nawanir, G., Mahmud, F., Mohamad, F., Ahmad, M.H., & AbdulGhani, A. (2022). Biodegradable plastic applications towards sustainability: A recent innovations in the green product. Cleaner Engineering and Technology, 6, article number 100404. doi: 10.1016/j.clet.2022.100404.
[19] Parlevliet, P.P., Bersee, H.E.N., & Beukers A. (2007). Residual stresses in thermoplastic composites – a study of the literature. Part III: Effects of thermal residual stresses. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 38(6), 1581-1596. doi: 10.1016/j.compositesa.2006.12.005.
[20] Raquez, J.-M., Deléglise, M., Lacrampe, M.-F., & Krawczak, P. (2010). Thermosetting (bio) materials derived from renewable resources: A critical review. Progress in Polymer Science, 35(4), 487-509. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2010.01.001.
[21] Scaffaro R., Maio, A., & Gammino, M. (2022). Hybrid biocomposites based on polylactic acid and natural fillers from Chamaerops humilis dwarf palm and Posidonia oceanica leaves. Advanced Composites and Hybrid Materials, 5, 1988-2001. doi: 10.1007/s42114-022-00534-y.
[22] 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.
[23] Shahabaz, S.M., Sharma, S., Shetty, N., Shetty, S.D., & Gowrishankar, M.C. (2021). Influence of temperature on mechanical properties and machining of fibre reinforced polymer composites: A review. Engineering Science, 16, 26-46. doi: 10.30919/es8d553.
[24] Shevchenko, T., Ranjbari, M., Shams Esfandabadi, Z., Danko, Y., & Bliumska-Danko, K. (2022). Promising developments in bio-based products as alternatives to conventional plastics to enable circular economy in Ukraine. Recycling, 7(2), article number 20. doi: 10.3390/recycling7020020.