CZ306879B6 - Biokompozit s PLA matricí a vlákny banánovníku - Google Patents

Biokompozit s PLA matricí a vlákny banánovníku Download PDF

Info

Publication number
CZ306879B6
CZ306879B6 CZ2012-729A CZ2012729A CZ306879B6 CZ 306879 B6 CZ306879 B6 CZ 306879B6 CZ 2012729 A CZ2012729 A CZ 2012729A CZ 306879 B6 CZ306879 B6 CZ 306879B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
pla
composite
natural
materials
weight
Prior art date
Application number
CZ2012-729A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2012729A3 (cs
Inventor
Petr Lenfeld
Aleš Ausperger
Luboš Běhálek
Jiří Bobek
Jiří Habr
Michal Lukeš
Martin Seidl
Zdeněk Severa
Original Assignee
Technická Univerzita V Liberci, Katedra Strojírenské Technologie, Oddělení Tváření Kovů A Zpracování Plastů
Magna Exteriors (Bohemia) s.r.o.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technická Univerzita V Liberci, Katedra Strojírenské Technologie, Oddělení Tváření Kovů A Zpracování Plastů, Magna Exteriors (Bohemia) s.r.o. filed Critical Technická Univerzita V Liberci, Katedra Strojírenské Technologie, Oddělení Tváření Kovů A Zpracování Plastů
Priority to CZ2012-729A priority Critical patent/CZ306879B6/cs
Priority to PCT/CZ2012/000110 priority patent/WO2014063664A1/en
Publication of CZ2012729A3 publication Critical patent/CZ2012729A3/cs
Publication of CZ306879B6 publication Critical patent/CZ306879B6/cs

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/045Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with vegetable or animal fibrous material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/04Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids, e.g. lactones
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2367/00Characterised by the use of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2367/04Polyesters derived from hydroxy carboxylic acids, e.g. lactones
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/14Polymer mixtures characterised by other features containing polymeric additives characterised by shape
    • C08L2205/16Fibres; Fibrils

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

Jedná se o kompozit s cíleným složením PLA matrice a vlákenného plniva na bázi přírodních materiálů pro zlepšení konečných a užitných vlastností plastových dílů s ekologicky mnohem nižší zatížitelností oproti 100% syntetickým produktům, kdy podstata řešení spočívá v tom, že kompozit obsahuje od 50 do 90 % hmotnostních PLA polymeru a 10 až 50 % hmotnostních přírodních vláken banánovníku (délka vláken od 0,2 do 3 mm) s možností dalších přísad.

Description

Oblast techniky
Vynález se týká složení kompozitu s PLA matricí a přírodními vlákennými plnivy banánovníku pro výrobu plastových dílů s vyššími užitnými vlastnostmi.
Dosavadní stav techniky
Polymemí materiály a hlavně kompozity patří k nejprogresivněji rozvíjejícím se materiálům, protože polymemí materiály představují nejvýznamnější segment výroby a spotřeby podle objemu mezi všemi technickými materiály. Jejich spotřeba a aplikační možnosti neustále rostou a nelze pochybovat o tom, že jsou klíčové pro moderní technickou společnost. Jako kompozit se označují heterogenní materiály (matrice a plnivo), které jsou složené ze dvou nebo více fází, které se vzájemně výrazně liší svými mechanickými, fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Spojením (míšením) těchto složek vznikne zcela nový materiál s unikátními vlastnostmi. Pro kompozitní materiály je charakteristický tzv. synergismus, což znamená, že vlastnosti kompozitu jsou vyšší, než by odpovídalo pouhému poměrnému sečtení vlastností jednotlivých složek. Existence synergismu je velmi významná, neboť vede k získávání materiálů kvalitativně zcela nových vlastností. Kompozitní materiály se proto stále častěji používají zejména v automobilovém a leteckém průmyslu, kde výrazně snižují hmotnost jednotlivých součástí, resp. umožňují aplikace, které by s klasickými materiály nešlo dosáhnout. Vzhledem ke svým dalším vlastnostem jako například vysoké odolnosti vůči korozi a chemikáliím, vynikajícím tepelně-izolačním vlastnostem, dlouhé životnosti, atd. nacházejí své uplatnění např. i v chemickém a stavebním průmyslu.
V současnosti jsou vývojové snahy v oblasti produkce polymemích kompozitů stále více orientovány k minimalizaci negativního dopadu na životní prostředí. Snahou je vyvinout nejenom energeticky méně náročné výrobní postupy, ale současně také použít materiály, které jsou biodegradovatelné a obnovitelné, recyklovatelné a jsou tak alternativou k dnes nejhojněji používaným syntetickým materiálům prakticky výhradně vyráběných z ropných surovin. V současnosti je možné využít přírodních materiálů nejen jako vláknitých výztuží, ale i jako matrice kompozitu. Zde je již třeba rozlišovat pojem přírodní materiály a biologicky odbouratelné materiály. Ze všech biologicky odbouratelných materiálů, ať už reaktoplastů nebo termoplastů, je totiž pouze 13 % vyrobených čistě z biomasy, dalších 12 % je fosilního původu a 75 % má kombinovaný bio/fosilní původ, přičemž velmi zajímavou oblastí je využití plastů vyrobených právě z biomasy, jako obnovitelného surovinového zdroje. Proto současný vývoj polymemích materiálů a jejich technologií zpracování bude pokračovat ve stále větším objemu a úspěch jednotlivých materiálů vyvinutých základním a aplikovaným výzkumem bude v rozhodující míře ovlivněn poměrem mezi cenou a užitnou hodnotou materiálu.
Do této oblasti výzkumu patří nejenom náhrada skelných vláken vlákny přírodními, která jsou z environmentálního hlediska předmětem zájmu polymemích zpracovatelů, ale i náhrada syntetických matric matricemi přírodními, mnohem šetrnějšími k přírodnímu prostředí. Aplikace přírodních vláken a přírodních matric je významnou materiálovou obměnou, která tradičně směřuje nejenom do automobilového průmyslu, ale i do oblastí spotřebního průmyslu, zdravotnických aplikací, apod. Výhodou přírodních vláken, při srovnání s ostatními vláknitými materiály (používanými při výrobě kompozitu), je jejich nízká hmotnost, nízká abraze (zabraňující opotřebení zpracovatelských strojů), spalitelnost, netoxičnost, biodegradabilita a především nízká cena, nezávislá na ceně ropy. Výhodou přírodních matric je hlavně jejich biodegrabilita. Tedy aby bylo dosaženo kompozitu pouze z přírodních a obnovitelných zdrojů, je třeba nahradit také syntetickou matrici, přičemž oblast vývoje 100% přírodního kompozitu spojením přírodních vláken s přírodní matricí je prakticky neprobádaná. Jako nej vhodnější kandidát k náhradě tradičních ropných polymemích matric pro přípravu 100% přírodního kompozitu se nabízí dnes velmi populární,
- 1 CZ 306879 B6 biodegradovatelný polymer PLA (polymléčná kyselina). Polymléčná kyselina byla prvně syntetizována přibližně před 50 lety a v současnosti je vyráběna zejména z kukuřičného, ale také z řepkového fermentovaného škrobu. K výrobě PLA je třeba přibližně o 30 až 50 % méně fosilních paliv než při syntéze ropných polymerů, čímž jsou redukovány emise oxidů uhlíku. Současně je PLA kompostovatelná a za určitých podmínek se zcela rozpadne za vzniku pro přírodu neškodných sloučenin a ani při spalování neunikají do ovzduší škodlivé látky. PLA je alifatický polyester vysoce čirý a lesklý vykazující vysokou tuhost a dobré zpracovatelské vlastnosti na obvyklých zpracovatelských zařízeních. Nicméně velkou nevýhodou PLA je jeho vysoká hustota (1.25 g/cc) oproti např. PP a PS. Zároveň je možné PLA snadno modifikovat kopolymerací (nejběžněji s cyklickými sloučeninami), různými aditivy a plnivy (např. antistatiky, organickými pigmenty, nukleačními činidly pro urychlení krystalizace, aj.). Některé pokusy s plnivy či vláknitými výztuhami byly již provedeny. V roce 2007 firma NEC Co. oznámila vývoj kompozitu na bázi PLA s 10 až 30 % hmotn. uhlíkových vláken pro mobilní telefony. Tato společnost používá také kompozit PLA s kenafovými vlákny pro schránky přenosných počítačů, podobně jako japonská firma NTT DoCoMo, která vyrobila z PLA vyztuženého kenafovým vláknem pouzdro mobilního telefonu. Podobně přírodními vlákny vyztužuje PLA kenafovými vlákny fa. ICMA San Giorgo S.p.A., což mělo za následek na jedné straně pozitivní zvýšení tuhosti vyráběných dílů (s rostoucím obsahem kenafových vláken v PLA matrici), na druhé straně však pokles jejich pevnosti. Výzkum vlivu velikosti přidávaných částic na kinetiku krystalizace a mechanické hodnoty vstřikovaných dílů z PLA je v současnosti prováděno týmem společnosti Battelle Memoriál Institute Kolumbus (USA). Nicméně přes to, že se výzkumné organizace i výrobní společnosti snaží soustředit na vývoj v uvedené oblasti, zcela chybí kompozity s důrazem na aplikaci těchto materiálů pomocí technologie vstřikování (dominantně se zpracovávají především vytlačováním), zejména pak v automobilovém průmyslu, kde jsou kladeny vysoké nároky na kvalitu, rozměrovou a tvarovou přesnost vyráběných dílců. Vstřikování PLA kompozitu s přírodními plnivy je doposud velmi málo prozkoumanou oblastí s velkými možnostmi a potenciálem i předpokladem značného nárůstu a do této oblasti také směřuje toto navržené technické řešení. Navržené technické řešení reaguje na vzrůstající poptávku a požadavky na zelené materiály, které jsou však v České republice doposud velmi málo rozšířené. Tlak na aplikace takovýchto materiálů neustále narůstá, a to nejenom v důsledku ekonomické situace (cena ropy se nejenom neustále mění, ale hlavně roste), nejenom v důsledku možností ovlivnění konečných a užitných vlastností výrobků, nejenom z hlediska klimatických změn (téměř neřešená recyklace současných dílů ze syntetických plastů, spalování syntetických plastů, skládkování), ale i z hlediska biodegrability pro udržitelnou společnost, která potřebuje environmentálně nezávadné a bezpečné materiály a produkční postupy.
Podstata vynálezu
Technické řešení podle tohoto vynálezu si dává za cíl vytvoření kompozitu s cíleným složením PLA matrice a vlákenného plniva na bázi přírodních materiálů pro zlepšení konečných a užitných vlastností plastových dílů s ekologicky mnohem nižší zatížitelností oproti 100% syntetickým produktům. Podstata vynálezu spočívá v tom, že kompozit obsahuje od 50 do 90 % hmotnostních PLA polymeru a 10 až 50 % hmotnostních přírodních vláken banánovníku (délka vláken od 0,2 do 3 mm).
Takto připravený kompozit může být dle požadavků na konečné a užitné vlastnosti dílů a polotovarů nebo dle požadavků procesu doplněn dalšími přísadami, jako jsou maziva, anorganická plniva, barviva, UV stabilizátory, biocidy, retardéry hoření, pigmenty, antistatika, nukleační činidla, apod. Toto procentuální doplnění může být provedeno z hlediska snížení hmotnostních % přírodních vláken anebo z hlediska snížení hmotnostních % PLA matrice.
Základem kompozitu jsou vlákna banánovníku potřebné definované kvality z hlediska dopadů a účinků teplot a namáhání během procesu přípravy vláken, procesu granulace a dalšího postupného zpracování, např. vstřikování. Získaný kompozit je standardně dodáván ve formě granulí
-2CZ 306879 B6 z hlediska dobré sypné hmotnosti a sníženi prašnosti a je určen zejména pro technologické procesy vstřikování, aleje aplikovatelný i pro další technologie zpracování plastů.
Příklady uskutečnění vynálezu
Kompozit s PLA matricí s přírodními vlákennými plnivy banánovníku je popsán na následujících příkladech včetně uvedení vhodné aplikace, přičemž složku A tvoří PLA matrice, složku B přírodní vlákna banánovníku (délka vláken od 0,2 do 3 mm), resp. složku C přísady.
Příklady variant bez přísad:
Varianta 1:
Složka A: 80 % hmotnostních PLA
Složka B: 20 % hmotnostních přírodních vláken banánovníku
Varianta 2:
Složka A: 70 % hmotnostních PLA
Složka B: 30 % hmotnostních přírodních vláken banánovníku
Příklady variant s použitím přísad:
Varianta 3:
Složka A: 78 % hmotnostních PLA
Složka B: 20 % hmotnostních přírodních vláken banánovníku
Složka C: 2 % hmotnostní dalších přísad (pigmenty)
Varianta 4:
Složka A: 70 % hmotnostních PLA
Složka B: 27 % hmotnostních přírodních vláken banánovníku
Složka C: 3 % hmotnostní dalších přísad (nukleační činidla)
Polymemí kompozit s PLA matricí a s přírodními vlákennými plnivy banánovníku lze s výhodou použít pro výrobu plastových dílů a polotovarů rozdílnými technologickými procesy, které se vyznačují lepšími užitnými a konečnými vlastnostmi, např. mechanické vlastnosti, tepelné a fyzikální vlastnosti, rozměrová stabilita, bezproblémová recyklace, biodegrabilita, atd., zkrácením výrobních cyklů, environmentálními aspekty, apod.
Průmyslová využitelnost
Kompozit s PLA matricí a s přírodními vlákennými plnivy banánovníku podle předloženého vynálezu je vhodný zejména pro výrobu plastových dílů a polotovarů technologií vstřikování, ale i dalšími technologickými procesy zpracování plastů.

Claims (2)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Kompozit s PLA matricí a vlákny banánovníku pro výrobu plastových dílů, vyznaču5 jící se t í m , že kompozit obsahuje od 50 do 90 % hmotnostních PLA polymeru, 10 až 50 % hmotnostních přírodních vláken banánovníku s délkou vláken od 0,2 do 3 mm.
  2. 2. Kompozit s PLA matricí a vlákny banánovníku pro výrobu plastových dílů podle nároku 1, vyznačující se tím, že kompozit je doplněn dalšími přísadami, jako jsou maziva,
    10 anorganická plniva, barviva, UV stabilizátory, biocidy, retardéry hoření, antistatika, nukleační činidla, apod. kdy toto procentuální doplnění je provedeno z hlediska snížení % hmotnostních přírodních vláken a/nebo z hlediska snížení % hmotnostních matrice PLA.
CZ2012-729A 2012-10-25 2012-10-25 Biokompozit s PLA matricí a vlákny banánovníku CZ306879B6 (cs)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2012-729A CZ306879B6 (cs) 2012-10-25 2012-10-25 Biokompozit s PLA matricí a vlákny banánovníku
PCT/CZ2012/000110 WO2014063664A1 (en) 2012-10-25 2012-10-31 Composite with synthetic polymeric matrix and cellulose in the form of natural fibre fillers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2012-729A CZ306879B6 (cs) 2012-10-25 2012-10-25 Biokompozit s PLA matricí a vlákny banánovníku

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2012729A3 CZ2012729A3 (cs) 2014-07-23
CZ306879B6 true CZ306879B6 (cs) 2017-08-23

Family

ID=47351333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2012-729A CZ306879B6 (cs) 2012-10-25 2012-10-25 Biokompozit s PLA matricí a vlákny banánovníku

Country Status (2)

Country Link
CZ (1) CZ306879B6 (cs)
WO (1) WO2014063664A1 (cs)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3183288B1 (en) * 2014-08-21 2021-01-06 INEOS Styrolution Group GmbH Polylactic acid composites with natural fibers
US10446289B2 (en) * 2015-04-02 2019-10-15 Cnh Industrial Canada, Ltd. Method of providing electrical conductivity properties in biocomposite materials
IT201900000825A1 (it) * 2019-01-18 2020-07-18 S I T A V Soc Incremento Tiro Al Volo Srl Eliche compostabili per il tiro al volo
EP4247721A1 (en) * 2020-11-20 2023-09-27 Nicoventures Trading Limited A container

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009139508A1 (en) * 2008-05-16 2009-11-19 Indonesian Institute Of Sciences (Lipi) Composites of kenaf micro fiber with polypropylene or polylactic acid
US20110109013A1 (en) * 2007-10-26 2011-05-12 Toyota Boshoku Kabushiki Kaisha Process for producing thermoplastic resin composition and process for producing molded thermoplastic resin
US20110263762A1 (en) * 2008-11-05 2011-10-27 Teijin Limited Polylactic acid composition and molded article thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110109013A1 (en) * 2007-10-26 2011-05-12 Toyota Boshoku Kabushiki Kaisha Process for producing thermoplastic resin composition and process for producing molded thermoplastic resin
WO2009139508A1 (en) * 2008-05-16 2009-11-19 Indonesian Institute Of Sciences (Lipi) Composites of kenaf micro fiber with polypropylene or polylactic acid
US20110263762A1 (en) * 2008-11-05 2011-10-27 Teijin Limited Polylactic acid composition and molded article thereof

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014063664A1 (en) 2014-05-01
WO2014063664A8 (en) 2016-02-25
CZ2012729A3 (cs) 2014-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bashir et al. Recent developments in biocomposites reinforced with natural biofillers from food waste
CZ306879B6 (cs) Biokompozit s PLA matricí a vlákny banánovníku
Omar et al. Film-stacking method as an alternative Agave tequilana fibre/PLA composite fabrication
Santhosh et al. Innovative eco-friendly bio-composites: A comprehensive review of the fabrication, characterization, and applications
CZ2012732A3 (cs) Biokompozit s PLA matricí a vlákny kokosu
CZ25310U1 (cs) Prostředek pro zlepšení vlastností půdy
Kuciel et al. Polymer biocomposites with renewable sources
CZ2012730A3 (cs) Biokompozit s PLA matricí a vlákny lnu
CZ2012731A3 (cs) Biokompozit s PLA matricí a vlákny sóji
CZ2012733A3 (cs) Biokompozit s PLA matricí a vlákny konopí
CZ25312U1 (cs) Biokompozit s PLA matricí a vlákny konopí
CZ25311U1 (cs) Biokompozit s PLA matricí a vlákny kokosu
CZ25314U1 (cs) Pojezdové ústrojí sací hubice k elektrickému vysavači prachu
Velmurugan et al. A short review on the growth of lightweight agronomic surplus biomass composites for ecological applications using biopolymers
CZ25313U1 (cs) Biokompozit s PLA matricí a vlákny lnu
Smoca Hemp fibres reinforced bio-composites for sustainable design
Joshi et al. Bio-composite materials as alternatives to Glass Fibre Reinforced Composites for Automotive applications.
CZ26710U1 (cs) Kompozitní materiál s PLA matricí a PA nanovlákny
CZ2013893A3 (cs) Kompozitní materiál s PLA matricí a PA nanovlákny
CZ2014816A3 (cs) Hybridní kompozitní materiál se syntetickou polymerní matricí, vlákny konopí a skleněnými dutými kuličkami
CZ24915U1 (cs) Kompozit s termoplastickou polyolefínickou matricí a vlákny kokosu pro extruzní procesy
CZ2011852A3 (cs) Kompozit se syntetickou polymerní matricí a bunicinou ve forme prírodních vlákenných plniv
CZ2013420A3 (cs) Kompozitní materiál se syntetickou polymerní matricí a vlákny banánovníku
EP3046954A1 (en) Composite with polyolefinic thermoplastic matrix and fibers of coconut for extrusion processes
CZ2013892A3 (cs) Biokompozit s PLA matricí a nanoplnivem na bázi kokosu

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20201025