Badanie efektów metod modyfikacji słomy zbożowej w obniżaniu palności kompozytów elastomerowych
Study of the effects of cereal straw modification methods in reducing the flammability of elastomer composites
Typ projektu: naukowo-badawczy
Słowa kluczowe: słoma kompozyty elastomerowe środki zmniejszające palność nanododatki silany
Słowa kluczowe (angielski): straw elastomer composites flame retardants nanoadditives silanes
Członkowie konsorcjum: Projekt nie był realizowany w ramach konsorcjum
Okres realizacji projektu: 21.06.2019 - 20.12.2021
Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki
Nazwa programu: Preludium
Kierownik projektu: Justyna Miedzianowska-Masłowska
Wartość dofinansowania: 135 200,00 PLN
Wartość projektu: 135 200,00 PLN
Projekt dotyczy zagadnień związanych z ograniczaniem palności biokompozytów elastomerowych zawierających słomę zbożową. Celem projektu będzie poznanie, zbadanie oraz wyjaśnienie efektywności metod modyfikacji słomy zbożowej w obniżaniu palności nowoprojektowanych materiałów elastomerowych z kauczuku naturalnego. Podejmowane będą również próby dostarczenia informacji na temat zmian strukturalnych i morfologii wynikających z połączenia modyfikowanego proszku słomy zbożowej z przyjaznymi środowisku środkami uniepalniającymi, jakimi są nanododatkami w kompozytach elastomerowych. Zamierzeniem projektu będzie uzyskanie odpowiedzi na stawiane pytania badawcze: Jak przeprowadzone modyfikacje wpływają na zmiany strukturalne i morfologię wynikające z połączenia proszku słomy zbożowej z przyjaznymi środowisku środkami uniepalniającymi ? W jaki sposób łączyć ze sobą dodatki tak, aby ich efektywność w ograniczaniu palności była jak największa? Jaki wpływ ma modyfikacja słomy zbożowej na kompatybilność, oddziaływania i właściwości w ośrodku elastomerowym? Jak architektura i dyspersja stosowanych dodatków wpływa na badane właściwości? Czy i w jakim stopniu istnieje zjawisko synergizmu między stosowanymi dodatkami? Jakie procesy/zjawiska są odpowiedzialne za interakcje występujące pomiędzy składnikami? Prace obejmować będą wytworzenie nowych materiałów zawierających kauczuk naturalny i słomę zbożową. W ramach realizacji projektu przeprowadzone zostaną zabiegi mające na celu ograniczenie palności biokompozytów. Przeprowadzone prace obejmować będą: - modyfikacje słomy zbożowej silanami zwierającymi różne grupy funkcyjne - dodatek do elastomerów słomy zhomogenizowanej z przyjaznymi środowisku bezhalogenowymi środkami zmniejszającymi palność jaki będą nanodatki w postaci montmorylonitu, rurek haloizytowych, sadzy oraz krzemionki. - współdziałanie silanizowanej słomy z nanododatkami. W projekcie realizowane będą prace obejmujące charakterystykę nowych, modyfikowanych materiałów, które łączą specyficzne właściwości zastosowanych prekursorów. Zbadana zostanie efektywność przeprowadzonych modyfikacji na działanie ogniochronne. Do badania palności oraz stabilności termicznej posłużą techniki kalorymetrii stożkowej, termograwimetrii, a także metoda wyznaczania indeksu tlenowego. Właściwości strukturalne i morfologiczno–dyspersyjne nowych układów określone zostaną między innym metodami spektroskopowymi oraz mikroskopowymi. Odziaływania międzycząsteczkowe na granicy faz pomiędzy cząsteczkami modyfikowanej słomy oraz elastomeru scharakteryzowane będą na podstawie analizy dynamiczno-mechanicznej. Co więcej wykonana zostanie analiza struktury przestrzennej, właściwości mechanicznych, barierowych oraz reometrycznych kompozycji elastomerowych. Tematyka projektu jest ściśle związana z niezwykle ciekawym i bardzo aktualnym kierunkiem badań dotyczącym szeroko pojętej, interdyscyplinarnej dziedziny wiedzy, do której zalicza się materiały funkcjonalizowane, hybrydowe oraz biokompozyty. Kompozyty elastomerowe z kauczuku naturalnego napełnione słomą zbożową w postaci drobno zmielonego proszku stanowią nowy, dotąd mało rozpoznany materiał. Słoma jako produkt uboczny produkcji roślinnej, to cenne źródło materiału lignocelulozowego. Jednak jest ona nie odporna na działanie ognia i zwiększa palność materiałów polimerowych. Z doniesień literaturowych jasno wynika, że aby zminimalizować negatywne właściwości materiałów naturalnych należy podjąć szeroko pojęte działania mające zapobiegać między innymi wzmożonej tendencji do palenia. Powodem podjęcia badań w tej tematyce była chęć zdobycia wiedzy, która może przyczynić się do lepszego rozpoznania i zrozumienia wpływu modyfikacji cząstek słomy na specyficzne właściwości kompozytów elastomerowych. Badania umożliwią sformułowanie wytycznych do dalszych prac nad wytwarzaniem materiałów o obniżonej palności.
In the last few years, composites obtained with the use of renewable raw materials play a fundamental role in replacing conventional polymer composites. A polymer composite in which at least one of the components is bio-based or biodegradable is called a biocomposite. The composite matrix is most often composed of synthetic thermoplastic polymers containing as filler, for example: hemp, flax, sisal or wood flour. Also of great importance are biodegradable materials, i.e. polylactic acid (PLA) and polyhydroxyalkanoates (PHAs), including polyhydroxybutyrate (PHB). An innovative solution are elastomer composites made of natural rubber filled with cereal straw in the form of finely ground powder. Straw is a by-product of plant production, thus it is a large source of cheap and available biomass. As a lignocellulosic material, straw increases the flammability of the material. As part of the project, various treatments will be carried out to reduce the flammability of elastomeric biocomposites. The work will include: - modifications of cereal straw with silanes - addition to elastomers, straw homogenized with environmentally friendly halogen-free retardants, which will be nanoadditives in the form of montmorillonite, halloysite tubes, carbon black and silica. - interaction of silanized straw with nanoadditives It is assumed that the modifications carried out will change the properties of the tested materials. The aim of the research will be to answer the following questions: How do modifications affect structural changes, morphology resulting from the combination of cereal straw powder with environmentally friendly flame retardants? How to combine additives so that their effectiveness in limiting flammability was as high as possible? What is the impact of cereal straw modification on compatibility, interactions and properties in an elastomeric medium? How does the architecture and dispersion of additives used influence the tested properties? Is there a synergy effect between the additives used? What processes/phenomena are responsible for interactions occurring between components? What is the impact of modification of cereal straw with selected silane and antipirens on compatibility, interactions and properties in the elastomeric medium? The obtained modified straw particles will be subjected to microscopic and spectroscopic assessment for possible changes in their structure and morphology. Thermal parameters and flammability of modified materials will be investigated using thermogravimetry, conical calorimetry, oxygen index determination method. The morphology of the spatial network will be determined by the equilibrium swelling method. Dynamic-mechanical analysis will be used to investigate the impact on the rubber-filler and filler-filler interactions. In addition, the characteristics of mechanical (hardness, ability to dampen compressive stresses, resistance to deformation) and barrier, rheometry properties of elastomeric compositions will be performed. The results obtained during the project will contribute to a better understanding of the impact of modification of straw particles on the properties of elastomeric composites. The research will allow to formulate guidelines for further work on the preparation of materials with reduced flammability. The combination of the development of elastomeric materials with the possibility of using renewable, cheap and biological material can result in significant economic and ecological benefits. Technological progress of biocomposites will be connected with the possibility of resolving the global problem of resource cereal straw utilization.
Powrót