|
Development of advanced polymer composites from renewable resources
|
Help
Print
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
|
Details of project |
|
|
Identifier |
105257 |
Type |
K |
Principal investigator |
Czigány, Tibor |
Title in Hungarian |
Megújuló erőforrásból előállított nagy teljesítményű polimer kompozitok fejlesztése |
Title in English |
Development of advanced polymer composites from renewable resources |
Keywords in Hungarian |
polimer kompozit, megújuló energiaforrás, biopolimer, hőállóság |
Keywords in English |
polymer composite, renewable resources, biopolymer, heat resistance |
Discipline |
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences) | 100 % | Ortelius classification: Plastics technology |
|
Panel |
Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences |
Department or equivalent |
Department of Polymer Engineering (Budapest University of Technology and Economics) |
Participants |
Bárány, Tamás Tábi, Tamás Vas, László Mihály
|
Starting date |
2013-01-01 |
Closing date |
2015-12-31 |
Funding (in million HUF) |
29.733 |
FTE (full time equivalent) |
2.70 |
state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A kutatás fő célkitűzése, hogy a megújuló erőforrásból előállított, biológiai úton lebontható, és eddig leginkább csak csomagolástechnikai célokra alkalmazott, biopolimereket alkalmazni lehessen magas műszaki tartalmú, tartós használatra szánt kompozit alkatrészek anyagaként is. A kutatás/fejlesztés során a Földön széleskörűen rendelkezésre álló keményítőből előállított biopolimerek tulajdonságait fejlesztenénk. A kiválasztott biopolimer kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik és szobahőmérsékleten stabil a molekulaszerkezete, így ezen a hőmérsékleten tartós használatra is alkalmazható. Tekintve azonban, hogy üvegesedési hőmérséklete és egyben hőállósága 60°C, így felette, mint műszaki polimer elveszíti használhatóságát. Hőállóságát és ezáltal tartós használhatóságát természetes alapú, növényi és/vagy ásványi eredetű szálakkal és azok együttes használatával (hibrid szálerősítés), illetve különböző, szintén természetes töltőanyagokkal kívánjuk javítani. Célunk, hogy mind az építőipar (habosított térelválasztó, hang-, és zajszigetelő fal), mind pedig a járműipar számára és kültéri alkalmazásokra is tartósan használható hibrid szálerősítésű kompozit alapanyagot fejlesszünk ki teljes mértékben megújuló és/vagy természetes anyagokból, megtartva azt az előnyt, hogy ezek a kompozit termékek életciklusuk végén célzott biológiai bontással visszaforgathatóak maradjanak a természetbe.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A kutatás alapkérdése, hogy lehetséges-e és milyen feltételek, kompromisszumok esetén megújuló erőforrásból előállított, napjainkban szinte kizárólag csak csomagolási célra használt biopolimerekből kifejezetten nagy műszaki értékkel bíró, tartós használatra szánt kompozit szerkezeti anyagokat létrehozni. A hipotézis, hogy különböző természetes szálak és töltőanyagok együttes használatával (hibrid kompozit) a fejleszteni kívánt, megújuló erőforrásból előállított biopolimer hőállósága részben annak kristályszerkezetének módosításával, részben pedig az erősítő szálak és a mátrix közti kölcsönhatás segítéségével növelhető a befoglalóanyag 60°C-os hőállósága fölé. További kérdés, amelyet vizsgálatainkkal szeretnénk megválaszolni, hogy egy nagy terhelhetőségű biokompozit szerkezeti anyagot lehetséges-e hosszú távon használni és ellenáll-e a környezeti hatásoknak kültéri használat esetén is.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A kutatások eredményeképpen nem csak kőolajból, hanem a széleskörűen termesztett, évenként megújuló és fel nem használt mezőgazdasági agrárnövényekből, valamint melléktermékekből kivont alapanyagokból létrehozott biopolimerek segítségével lehet nagy műszaki értékkel bíró, tartós használatra szánt kompozit alkatrészeket megalkotni. Eredményes kutatás/fejlesztés esetén ezek a megújuló erőforrásból előállított biokompozit anyagok kiválthatják a kőolaj alapú polimer kompozitok egy részét. A biokompozitok előnye nem csak abban rejlik, hogy megalkotásukhoz természetes és megújuló anyagok szükségesek, hanem, hogy életciklusuk végeztével célzott biológiai bontással lebonthatóak és így beilleszthetőek a természet körforgásába, amellyel eleget tesznek a szigorodó környezetvédelmi előírásoknak, a környezettudatos gondolkodásmódnak és nem utolsó sorban a fenntartható fejlődést szolgálják. Mindezzel szembemutat a „hagyományos” azaz kőolaj alapú és tipikusan üvegszálat tartalmazó kompozitok újrahasznosítása, amelynek újrahasznosítása nehézkes, mivel az életciklus végén az alkotók szétválasztása gazdaságosan nem megoldható.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A mindennapi életben közkedvelt anyagnak számítanak a mesterséges polimerek (műanyagok) és az azokból készített szálerősített kompozitok köszönhetően kiváló mechanikai tulajdonságaiknak, kis súlyuknak, könnyű alakíthatóságuknak. A mesterséges polimereket kőolajszármazékokból állítják elő, ugyanakkor az utóbbi pár évtizedben, a környezetvédelem és a környezettudatos gondolkodásmód térhódításával kifejlesztésre kerültek megújuló erőforrásból, például keményítőből előállítható, valamint komposztálóban azaz megfelelő bontó baktérium-flóra jelenlétében lebontható és ezáltal pedig környezetbarát úgynevezett biopolimerek. Utóbbi anyagokat kiváló mechanikai tulajdonságaik ellenére manapság a legtöbb esetben még mindig csak a csomagolásipar hasznosítja részben azért, mert hőállóságuk műszaki célokra alacsonynak mondható (~60°C), ugyanakkor potenciálisan kiválthatják a hagyományos, kőolajból előállított polimereket. Kutatásunk fő célja tehát, hogy a környezetbarát jelleg lehető legnagyobb mértékű megtartása mellett megújuló erőforrásból, valamint mezőgazdasági melléktermékből előállított biopolimerből, illetve természetes növényi és ásványi szálerősítésből álló biokompozitot fejlesszünk ki. Fő célunk továbbá, hogy a kifejlesztett biokompozit a „hagyományos”, kőolaj alapú kompozithoz hasonlóan széles hőmérséklet-tartományban tartósan használható legyen nagy műszaki értékű termékek, alkatrészek anyagaként a jármű-, és az építőipar számára.
| Summary Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The main goal of our research is to develop renewable resource based biodegradable polymers, so-called biopolymers – which are mainly used only for the packaging industry – so that they could be used for long term applications as durable engineering composite materials. During research and development the properties of biopolymers made from the worldwide available starch are to be further developed. The chosen biopolymer has outstanding mechanical properties and stable molecular structure at room temperature, which makes it suitable for long-term applications at this temperature. However, as this biopolymer has a glass transition temperature of 60°C, which is also its heat deflection temperature, its applicability as an engineering material is limited. During the project its heat deflection temperature would be increased by using natural plant and mineral based fibres, and also by using a mixture of these fibres as hybrid reinforcement. Our goal is to develop a fully renewable resource or bio-based, durable hybrid fibre reinforced bio-composite suitable for long term and also outdoor applications for both construction (foamed space separator wall with noise reducing properties) and automotive industry by keeping their advantage, that these bio-composites – at the end of their life cycle – could be reused by nature by aimed biological degradation.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. The main question of the research is whether it is possible to produce durable, engineering composites for long-term applications from renewable resource based biopolymers, which are currently used mainly for the packaging industry? What are the necessary conditions and compromises of the production of such materials? Our hypothesis is that by using various natural fibre reinforcements and fillers (hybrid bio-composite) the heat deflection temperature of the chosen renewable resource based biopolymer could be increased above its original value of 60°C partly due to the modification of the crystalline structure and also as a result of the interaction between the matrix material and the reinforcing fibres. A further question that needs to be answered is whether it is possible to use a bio-composite as an engineering material for long-term applications, and could it resist environmental effects in outdoor usage?
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. As a result of the research, durable engineering composite materials for long-term applications could be not only made by petrol-based polymers, but also by using biopolymers made of worldwide grown agricultural plants and by-products. At the end of a successful research, these renewable resource based biopolymer composites (bio-composites) could partly replace the “ordinary” petrol based polymer composites. Moreover, the advantage of these bio-composites is not only that their production only needs renewable resources and natural products, but also that at the end of their life cycle they can be biodegraded into harmless materials (water, humus, carbon-dioxide) thus they fit into the life cycle of nature, fulfil the need for growing environmental consciousness and also the sustainable development. At the same time the recycling of the “ordinary”, petrol based polymer composites containing typically glass-fibre reinforcing causes problems: at the end of their life cycle the separation of the components for the recycling process is not economically viable.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. Due to the excellent mechanical properties, low weight, and easy processing, the synthetic polymers (plastics) and their fibre-reinforced composites are popular materials in everyday life. The synthetic polymers are made of petrol, but in the last few decades, due to the growing environmental consciousness renewable resource based – for example starch based – biopolymers were developed which are capable of biodegradation in certain environments, such as in compost. Despite their excellent mechanical properties, these materials are still mainly used for the packaging industry, because their heat deflection temperature is low (60°C) for engineering applications. However, they could potentially replace “ordinary”, petrol-based plastics. The main aim of our research is to develop a bio-composite made of renewable resource or agricultural by-product based biopolymer and natural plant and mineral fibre reinforcement, by keeping the environmental friendly properties. Our further goal is to develop a bio-composite material that can be used in wide temperature range just like the petrol based composites especially for engineering products and parts for the construction and automotive industry.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
List of publications |
|
|
Tábi T., Tamás P., Kovács J.G.: Chopped basalt fibers: A new perspective in reinforcing poly(lactic acid) to produce injection moulded engineering composites from renewable and natural resources, Express Polymer Letters 7, 107-119, 2013 | T. Tábi, A. Z. Égerházi, P. Tamás, T. Czigány, J. G. Kovács: Investigation of injection moulded Poly(Lactic Acid) reinforced with long basalt fibres, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, benyújtva, 2013 | T. Tábi, A. Suplicz, T. Czigány, J. G. Kovács: Thermal and mechanical analysis of injection moulded Poly(Lactic Acid) filled with Poly(Ethylene Glycol) and talc, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, benyújtva, 2013 | K. Bocz, B. Szolnoki, A. Marosi, T. Tábi, M. Wladyka-Przybylak, Gy. Marosi: Flax fibre reinforced PLA/TPS biocomposites flame retarded with multifunctional additive system, Polymer Degradation and Stability, elfogadva, megjelenés alatt, 2013 | Tábi T., Balázsi Cs., Petrik A., Kovács J. G., Kovács N. K., Rákos K.: Megújuló erőforrásból előállított lebontható polimerek alkalmazása a gyors prototípusgyártásban, Műanyag és Gumi, 50, 389-394, 2013 | S. Hajba, T. Czigány, T. Tábi: Development of cellulose-reinforced Poly(Lactic Acid) (PLA) for engineering applications, Materials Science Forum, benyújtva, 2013 | Bocz K., Domonkos M., Igricz T., Kmetty Á., Bárány T., Marosi Gy.: Önerősített politejsav kompozit kifejlesztése és égésgátlása, Műanyag és Gumi, 50, 463-466, 2013 | T. Czigány, J. G. Kovács, T. Tábi: Basalt fiber reinforced poly(lactic acid) composites for engineering applications, 19th International Conference on Composite Materials (ICCM19), CD melléklet, 4377-4384, 2013 | T. Tábi, T. Czigány, J. G. Kovács: Effect of pre-process drying of cellulose on the properties of cellulose fiber reinforced Poly(Lactic Acid) biocomposites, 6th Asia-Europe Symposium on Processing and Properties of Reinforced Plastics, 180-181, 2013 | Hajba Sándor: Cellulóz erősítésű politejsav (PLA) fejlesztése műszaki alkalmazásokhoz, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest, 2013. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Dr. Czigány Tibor, 2013 | Kovács N. K., Tábi T.: Eltérő szerszámanyagok hatása a fröccsöntött darabok tulajdonságaira, Nemzetközi Gépészeti Találkozó (OGÉT) 2013, CD melléklet, 4 oldal, 2013 | Fodor Kristóf: Megújuló erőforrásból előállított polimer habosítása, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest, 2013. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Szabó Ferenc, 2013 | T. Tábi, A. Z. Égerházi, P. Tamás, T. Czigány, J. G. Kovács: Investigation of injection moulded Poly(Lactic Acid) reinforced with long basalt fibres, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 64, 99-106, 2014 | T. Tábi, A. Suplicz, T. Czigány, J. G. Kovács: Thermal and mechanical analysis of injection moulded Poly(Lactic Acid) filled with Poly(Ethylene Glycol) and talc, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 118, 1419-1430, 2014 | K. Bocz, B. Szolnoki, A. Marosi, T. Tábi, M. Wladyka-Przybylak, Gy. Marosi: Flax fibre reinforced PLA/TPS biocomposites flame retarded with multifunctional additive system, Polymer Degradation and Stability, 106, 63-73, 2014 | S. Hajba, T. Czigány, T. Tábi: Development of cellulose-reinforced Poly(Lactic Acid) (PLA) for engineering applications, Materials Science Forum, elfogadva, megjelenés 2015 elején, 2015 | Hajba Sándor: Cellulóz erősítésű politejsav (PLA) fejlesztése műszaki alkalmazásokhoz, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Dr. Czigány Tibor, 2013 | Kovács N. K., Tábi T.: Eltérő szerszámanyagok hatása a fröccsöntött darabok tulajdonságaira, Nemzetközi Gépészeti Találkozó (OGÉT), CD melléklet, 4 oldal, 2013 | Fodor Kristóf: Megújuló erőforrásból előállított polimer habosítása, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Szabó Ferenc, 2013 | S. Hajba, T. Tábi: Development of natural fibre reinforced poly(lactic acid) biocomposites, 16th European Conference on Composite Materials (ECCM16), CD melléklet, 8 oldal, 2014 | T. Tábi, N. K. Kovács, J. G. Kovács: Basalt fibre reinforced poly(lactic acid) based composites for engineering applications, 16th European Conference on Composite Materials (ECCM16), CD melléklet, 8 oldal, 2014 | Tábi T.: Politejsav alapú, hosszú bazaltszállal erősített fröccsöntött kompozitok fejlesztése, Műanyag és Gumi, 51, 355-359, 2014 | Kovács András: Megújuló erőforrásból előállított, hosszú bazaltszállal erősített polimer kompozitok hosszútávú viselkedésének vizsgálata, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Dr. Bakonyi Péter, Dr. Tamás Péter, 2014 | Gyovai Tímea Judit: Rövid bazaltszállal erősített, valamint töltőanyagot tartalmazó biopolimer fejlesztése, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Dr. Tamás Péter, 2014 | Karsai Réka Anna: Hosszú természetes szállal erősített politejsav (PLA) kompozitok vizsgálata, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Hajba Sándor, 2014 | S. Hajba, T. Czigány, T. Tábi: Development of cellulose-reinforced Poly(Lactic Acid) (PLA) for engineering applications, Materials Science Forum, 812, 59-64, 2015 | Hajba Sándor: Cellulóz erősítésű politejsav (PLA) fejlesztése műszaki alkalmazásokhoz, diplomamunka, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Dr. Czigány Tibor, 2013 | Fodor Kristóf: Megújuló erőforrásból előállított polimer habosítása, diplomamunka, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Szabó Ferenc, 2013 | Kovács András: Megújuló erőforrásból előállított, hosszú bazaltszállal erősített polimer kompozitok hosszútávú viselkedésének vizsgálata, diplomamunka, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Dr. Bakonyi Péter, Dr. Tamás Péter, 2014 | Gyovai Tímea Judit: Rövid bazaltszállal erősített, valamint töltőanyagot tartalmazó biopolimer fejlesztése, diplomamunka, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Dr. Tamás Péter, 2014 | Karsai Réka Anna: Hosszú természetes szállal erősített politejsav (PLA) kompozitok vizsgálata, szakdolgozat, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Hajba Sándor, 2014 | J. G. Kovács, F. Szabó, N. K. Kovács, A. Suplicz, B. Zink, T. Tábi, H. Hargitai: Thermal simulations and measurements for rapid tool inserts in injection molding applications, Applied Thermal Engineering, 85, 44-51, 2015 | T. Tábi: Development of Poly(Lactic Acid) filled with basalt fibres and talc for engineering applications, Materials Science Forum, benyújtva, 2016 | K. Bocz, M. Domonkos, T. Igricz, Á. Kmetty, T. Bárány, Gy. Marosi: Flame retarded self-reinforced poly(lactic acid) composites of outstanding impact resistance, Composites: Part A, 70, 27-34, 2015 | T. Tábi, N. K. Kovács, I. E. Sajó, T. Czigány, S. Hajba, J. G. Kovács: Comparison of thermal, mechanical and thermomechanical properties of poly(lactic acid) injection-molded into epoxy-based Rapid Prototyped (PolyJet) and conventional steel mold, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 123, 349-361, 2016 | Á. Kmetty, J. Karger-Kocsis, T. Czigány: Production and properties of micro-cellulose reinforced thermoplastic starch, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 74, 1-6, 2015 | Hajba S., Tábi T.: Politejsav (PLA) mátrixú biokompozitok, Nemzetközi Gépészeti Találkozó (OGÉT), CD melléklet, 4 oldal, 2015 | Tábi T., Bocz K., Sauceau M., Fages J.: Politejsav alapú habok szuperkritikus széndioxiddal segített extrúziós előállítása és vizsgálata, Polimerek, 1, 80-85, 2015 | T. Tábi, P. Bakonyi, S. Hajba, P. J. Herrera-Franco, T. Czigány, J. G. Kovács: Creep behaviour of injection moulded basalt fibres reinforced Poly(Lactic Acid) composites, Polymer Composites, benyújtva, 2016 | K. Bocz, T. Tábi, D. Vadas, M. Sauceau, J. Fages, Gy. Marosi: Characterisation of natural fibre reinforced PLA foams prepared by supercritical CO2 assisted extrusion process, Express Polymer Letters, benyújtva, 2016 | Feketű Dániel: Gócképzőt tartalmazó fröccsöntött Politejsav kristályosodásának elemzése, diplomamunka, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Hajba Sándor, 2015 | Kaszai Bálint Péter: Hibrid szálerősítésű biokompozit fejlesztése, szakdolgozat, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Hajba Sándor, 2015 | Kiss Levente: Megújuló erőforrás alapú, fizikailag habosított polimer biokompozit vizsgálata, szakdolgozat, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék, Budapest. Konzulensek: Dr. Tábi Tamás, Dr. Bocz Katalin, Dr. Kmetty Ákos, 2015 |
|
|
|
|
|
|
Back »
|
|
|