Oskars Platnieks

1 Facultatea de Știința Materialelor și Chimie Aplicată, Institutul de Materiale Polimerice, Universitatea Tehnică din Riga, P.Valdena 3/7, LV, 1048 Riga, Letonia; moc.liamg@skeintalpo (O.P.); moc.liamg@adnaenakrab (A.B.)

compozite

Serghei Gaidukov

1 Facultatea de Știința Materialelor și Chimie Aplicată, Institutul de Materiale Polimerice, Universitatea Tehnică din Riga, P.Valdena 3/7, LV, 1048 Riga, Letonia; moc.liamg@skeintalpo (O.P.); moc.liamg@adnaenakrab (A.B.)

Anda Barkane

1 Facultatea de Știința Materialelor și Chimie Aplicată, Institutul de Materiale Polimerice, Universitatea Tehnică din Riga, P.Valdena 3/7, LV, 1048 Riga, Letonia; moc.liamg@skeintalpo (O.P.); moc.liamg@adnaenakrab (A.B.)

Gerda Gaidukova

2 Facultatea de Știința Materialelor și Chimia Aplicată, Institutul de Chimie Aplicată, Universitatea Tehnică din Riga, P.Valdena 3/7, LV, 1048 Riga, Letonia; [email protected]

Liga Grase

3 Facultatea de Știința Materialelor și Chimie Aplicată, Institutul de Materiale Silicate, Universitatea Tehnică din Riga, P.Valdena 3/7, LV, 1048 Riga, Letonia; [email protected]

Vijay Kumar Thakur

4 School of Aerospace, Transport, and Manufacturing, Cranfield University, Cranfield, Bedfordshire MK43 0AL, Marea Britanie; [email protected]

Inese Filipova

Velta Friedrichson

Marite Skute

Marianna Laka

Date asociate

Abstract

1. Introducere

În ultimii ani, tendințele globale s-au schimbat, iar materialele și resursele regenerabile au devenit o parte importantă a vieții noastre. Una dintre principalele preocupări pentru materialele pe bază de polimeri este contribuția lor la carbon și poluarea mediului în creștere [1]. Monomerii polimerici pe bază de bio au rezolvat parțial aceste probleme, dar doar câțiva polimeri îndeplinesc criteriile de biodegradare. Poliesterii sunt considerați pe scară largă ca un înlocuitor pentru poliolefine datorită îndeplinirii obiectivelor de durabilitate. Polibutilen succinat (PBS) este un poliester care poate fi produs integral sau parțial din monomeri pe bază de bio și este biodegradabil [2,3]. Proprietățile PBS au fost comparate cu poliolefinele, dar prețurile polimerilor pe bază de bio sunt de câteva ori mai mari decât cele pe bază de petrol și oferă provocări economice [4,5].

Pregătirea compozitelor de celuloză poate depăși problemele moștenite ale matricei de polimeri [6]. Biomasa pe bază de celuloză a devenit unul dintre cele mai utilizate materiale de umplutură pentru prepararea compozitului. Este un material relativ ieftin, este adesea aruncat ca deșeu și are reziduuri din industriile forestiere și agricole. Structura de fibre a celulozei oferă densitate redusă și rezistență specifică ridicată, rigiditate și este netoxică pentru oameni și natură [7]. Diferite surse de umpluturi de celuloză sunt utilizate pentru fabricarea compozitului polimeric [8], de exemplu, fibre lignocelulozice [9], celuloză microcristalină [10] și nanoceluloză [11]. Abundența, rezistența ridicată, rigiditatea, greutatea redusă și biodegradabilitatea celulozei microfibrilate (MCC) o subliniază drept un candidat foarte promițător pentru prepararea compozitului polimeric [12].

MCC se obține din pastă de lemn tratată cu acid [10]; acest lucru are ca rezultat microparticule de celuloză cu cristalinitate ridicată și o suprafață mare în comparație cu alte fibre de celuloză [13]. S-au efectuat studii asupra compozitelor polimerice modificate de MCC cu diverse matrice, cum ar fi polietilena [8], polipropilenă, nailon, polietilen tereftalat, poliuretan și multe altele [14,15,16]. Studiile generale cu umplutură MCC raportează proprietăți mecanice și/sau dinamice mecanice crescute, dar proprietățile scad în general peste 30% în greutate încărcarea umpluturii. Moleculele de celuloză au mai multe grupări hidroxil, care formează rețele de legături de hidrogen și sunt responsabile pentru rezistența ridicată și rigiditatea fibrelor de celuloză, dar, din păcate, natura polară a celulozei prezintă interacțiuni slabe cu o matrice nepolară de polimer, rezultând aglomerări care limitează posibilele îmbunătățiri ale compozitului [17].

Având în vedere impactul semnificativ al modificării chimice MCC asupra proprietăților și structurii compozitelor PBS/MCC, șase strategii diferite de tratament chimic au fost investigate în această lucrare, cu accent pe înțelegerea celei mai potrivite metode de modificare chimică pentru a completa polimerul și umplutura alese. Compozitele PBS cu încărcare MCC ridicată de 70% în greutate au fost procesate în topitură, în timp ce carbodiimidă (CDI), polihidroxi amide (PHA), ester alchilic (EST), (3-aminopropil) trimetoxisilan (APTMS), anhidridă a acidului maleic (MAH) și s-au efectuat tratamente polimerice difenilmetan diizocianat (PMDI) pentru producerea de compozite durabile de tip PBS/MCC asemănătoare cu lemnul. Obiectivele stabilite au fost de a caracteriza proprietățile termice, fizico-mecanice, termomecanice și structurale ale compozitelor durabile lemnoase, asemănătoare PBS/MCC.

2. Rezultate și discuții

2.1. Proprietati termice