Abstract

Introducere

Datorită unui mare interes pentru compozitele polimerice, această clasă de materiale este în mod constant îmbunătățită și dezvoltată în continuare. Datorită proprietăților lor versatile, a aspectelor economice și a siguranței îmbunătățite, compozitele polimerice sunt mai frecvent utilizate, în special în industria construcțiilor, aviației și industria auto (Datta și Kopczyńska 2015; Naheed și colab. 2014; Mówczyński 2012; Bledzki și colab. 2006) . Compozitele sunt utilizate în construcții complexe și materiale stratificate și de construcție. În prezent, compozitele întărite cu fibre domină piața datorită proprietăților lor mecanice și de rezistență îmbunătățite și a greutății minimizate în comparație cu compozitele tradiționale non-polimerice. Cu toate acestea, calitatea crescută a compozitelor armate cu fibre este asociată cu costul mai mare, care limitează aplicațiile acestor materiale. Mecanismul de funcționare a compozitelor armate cu fibre se bazează pe transferul de sarcină de către diferite tipuri de fibre. Matricea funcționează ca adeziv care menține fibrele împreună, precum și o barieră directă împotriva factorilor externi. Fibrele naturale utilizate la producerea unor astfel de compozite pot fi fie continue, fie discontinue (Rajczyk și Stachecki 2011).

polieteruretanice

Materialele polimerice umplute cu particule sub formă de pulberi sau fibre afișează regiunea limită structurală dintre umplutură și matrice, care este de câțiva micrometri groși. Procesele de adeziune au loc în această regiune. Aderența depinde în principal de umectarea umpluturii de către un polimer lichid și de adsorbția acestuia. Forțele de aderență cresc odată cu umiditatea și adsorbția crescânde. Ca rezultat, compozitul obținut prezintă o rezistență mecanică mai bună. Cu toate acestea, nu întotdeauna se adaugă că adaosul de umplutură îmbunătățește rezistența materialelor modificate. Pentru a crește aderența între materialul de umplutură și matrice, se aplică modificări care vizează îmbunătățirea umectabilității fibrelor cu polimerul. Teoretic, adăugarea de umplutură sferică sau aproximativ sferică nu ar trebui să conducă la anizotropie în compozitul obținut (Koleśnik-Nykiel 2013).

Celuloza microcristalină (MCC) este un material de umplutură sub formă de pulbere durabil, ale cărui proprietăți sunt determinate de aderența dintre matricea hidrofobă și materialul de umplutură hidrofil. MCC este o formă pură și parțial depolimerizată de celuloză nativă, care apare ca o pulbere cristalină albă, fără miros și gust, caracterizată prin particule poroase. Celuloza este un carbohidrat format din monomeri 1,4-β-d-glucoză (Chen și colab. 2014; Azubuike și Okhamafe 2012; Hatakeyama și colab. 2012; Oyeniyi și Itiola 2012; Kiziltas și colab. 2011; Ejikeme 2008).

Proprietățile hidrofile ale celulozei sunt utilizate, printre altele, în compozite pe bază de spumă poliuretanică (Luo și colab. 2013; Hatakeyama și colab. 2012). Celuloza poate fi utilizată la producerea materialelor cu memorie de formă cu matricea poliuretanică (Siró și Plackett 2010), compozite pe bază de amidon plastifiat (Cao și colab. 2008) și amestecuri PET - PTT (Kiziltas și colab. 2011).

În publicația noastră anterioară, am prezentat rezultatele analizei mecanice, termomecanice și microstructurale ale compozitelor pe baza matricei bio-PU sintetizate cu utilizarea a 25% în greutate de ulei de soia hidroxilat, bio glicol și celuloză microcristalină ca umplutură (Głowińska și Datta 2015). Scopul acestui studiu a fost investigarea influenței materialului de umplutură MCC dispersat în matricea bio-poliuretanică care conține 50% poliol pe bază de bio asupra gradului de separare a fazelor și a proprietăților termomecanice ale compozitelor obținute. Parametrii menționați anterior au fost determinați prin spectroscopie și testare termică și mecanică în condiții statice și dinamice. De asemenea, a fost evaluată rezistența chimică a compozitelor la mediile selectate.

Experimental

Poliuretanii pe bază de bio (PU) obținuți prin metoda prepolimerului au fost umpluți cu pulbere de celuloză microcristalină (MCC) (International Fiber Corporation, Belgia). Umplutura a fost degresată înainte de utilizare. Prepolimerul a fost sintetizat din diizocianat MDI (BorsodChem, Ungaria) și un amestec de polioli constând din 50% în greutate din polieter comercial PTMG, Mn

2000 (Overlack, Polonia) și 50% în greutate ulei de soia hidroxilat H3, Mn

735 și funcționalitate

2.6, modificat anterior cu un bioglicol cu ​​greutate moleculară mică (bio-1,3-propandiol). Reacția a fost efectuată la 80 ° C timp de 1 oră. În timpul celei de-a doua etape a procesului, lanțurile prepolimerice au fost extinse folosind bio-1,3-propandiol (DuPont, SUA) cu 0,3% în greutate de 1,4-diazabiciclo [2.2.2] octan (DABCO, Merck, Germania) ca catalizator. Raportul molar [NCO] prepolimer/extensor de lanț [OH] a fost egal cu 1,05: 1. Sistemele de bio poliuretan au fost umplute cu 5, 10, 15 și 20% în greutate de MCC și ulterior turnate folosind o presă hidraulică. Conținutul segmentelor dure din matricea bio poliuretanică a fost calculat la aproximativ 39%. Schema de sinteză a bio-poliuretanului prin metoda prepolimerului a fost descrisă în lucrările noastre anterioare (Datta și Głowińska 2014; Głowińska și Datta 2014).

Măsurare

Spectroscopie FT-IR

Analiza spectroscopică a bio-poliuretanilor a fost efectuată folosind un spectrofotometru FTIR Nicolet 8700 (Thermo Electron Corporation) și tehnica ATR; s-a folosit un accesoriu ATR cu diamant cu unică reflexie Specac Heated Golden Gate. Spectrele au fost înregistrate la temperatura camerei pentru numerele de undă variind de la 500 la 4500 cm -1 la o rezoluție nominală de 4 cm -1. Fiecare spectru a fost în medie 128 de scanări independente.

Pe baza analizei FTIR, gradele de separare a fazelor (DPS) au fost calculate folosind următoarele ecuații (Tien și Wei 2001):