Akademia Górniczo

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: [email protected]
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
Wytrzymałośd
Właściwości
mechaniczne
Kompostowanie
(biodegradacja)
Pełzanie
Charakterystyka
powierzchni
Inkubacja w wodzie
Moduł Younga
Twardośd
Zwilżalnośd
Chropowatośd
XRD
FTIR
pH
Przewodnośd
Masa
Badania
strukturalne i
mikrostrukturalne
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
Cięcie włókien
(włókno konopi)
(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
PLA
i
k
PLA/juta
w
i
k
PLA/konopie
w
i
k
w
XRD - dyfraktogramy dla polilaktydu
Counts
4000
3000
2000
degradacja hydrolityczna
1000
biodegradacja
wyjściowy PLA
0
10
20
30
40
50
60
70
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
80
90
100
110
maszyna wytrzymałościowa
Zwick 1435
Twardości zmierzono za pomocą twardościomierza
KB Pruftechnik metodą Brinella (HB)
Tensile strength [MPa]
PLA
PLA/hemp
PLA/jute
100
75,6
80
66,8
60
62,5 61,3
76,6
71,1
61,8
72,9
70,1
65,6
59,5
56,5
40
25,7
17,4
20
18,7
0
initial
2 weeks
3 weeks
9 weeks
15 weeks
PLA
PLA/hemp
PLA/jute
Young's Modulus [MPa]
4000
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.
kąt zwilżania θ []
materiał
stan
wyjściowy
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.
Badanie powierzchni PLA
2,5
2
Ra
1,5
1
0,5
0
Wyjściowe
2 tygodnie
PLA
3 tygodnie
5 tygodni
PLA + wł. Konopi
7 tygodni
9 tygodni
PLA + wł. Juty
11 tygodni
15 tygodni
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 {tf =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