Developing of cellulose based reinforced/filled biodegradable polymer composites and investigation its properties  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
61424
Type K
Principal investigator Czigány, Tibor
Title in Hungarian Cellulóz alapú anyagokkal erősített/töltött biodegradábilis polimer kompozitok kifejlesztése, és tulajdonságainak elemzése
Title in English Developing of cellulose based reinforced/filled biodegradable polymer composites and investigation its properties
Keywords in Hungarian lebomló polimer kompozit , környezetbarát kompozit, mezőgazdasági melléktermék, anyagvizsgálat
Keywords in English biodegradable polymer composite, environmentally sound composite, agricultural residual product, material testing
Discipline
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Natural Sciences Committee Chairs
Department or equivalent Department of Polymer Engineering (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Bárány, Tamás
Czvikovszky, Tibor
Romhány, Gábor
Starting date 2006-02-01
Closing date 2010-01-31
Funding (in million HUF) 9.778
FTE (full time equivalent) 1.68
state closed project
Summary in Hungarian
A polimerek és kompozitjaik alkalmazásának exponenciális növekedésével párhuzamosan egyre nagyobb problémát okoz a belőlük gyártott termékek életciklusa utáni kezelése. Bár számos polimer újrahasznosítási megoldást dolgoztak ki, a begyűjtés, szétválogatás és tisztítás sok esetben nem megoldható, ezért a polimer termékek többségét elégetik vagy hulladéklerakó helyen tárolják. A szigorodó környezetvédelmi előírások miatt egyre intenzívebb kutatás folyik olyan anyagok kifejlesztésére, amelyek életciklusuk végén környezetet nem szennyező módon lebomlanak. Ez a kutatás két irányban indult el. Egyrészt a polimer kompozit anyagokban az erősítőszálat (pl. üvegszál) növényi szálakkal (len, kender) próbálják felváltani. A másik irány, hogy lebomló polimereket állítanak elő. A napjainkban kifejlesztett új gyártástechnológiáknak köszönhetően a biopolimerek ára rohamosan csökken. Ezáltal egy továbblépési lehetőség nyílt a teljesen lebomló kompozitok kifejlesztéséhez. Az utóbbi időben megnőtt az érdeklődés az eddig (hazánkban is) hatalmas mennyiségben keletkező, hulladékként kezelt fűrészipari, illetve mezőgazdasági melléktermékek (pl. kukoricamaghéj) iránt. Az elmúlt évtizedekben sokféle hasznosítással próbálkoztak, mégsem találtak tökéletesen megfelelő módszert a felhasználásukra. Jelen pályázat célja, hogy egy újfajta megközelítést adjon a cellulóz alapú melléktermékek kezelésére, hasznosítására. További célja a pályázatnak, hogy olyan mezőgazdasági melléktermékkel ( pl. kukoricamaghéj, farosttal) erősített, részben illetve teljesen lebomló kompozit anyagokat fejlesszünk ki, amelyek tulajdonságaik révén műszaki célú felhasználásra jól alkalmazhatók.
Summary
The application of polymers and their composites is growing exponentially and simultaneously an increasing number of problems arise concerning the handling the products made of these materials after their life cycles ended. Although several recycling solutions have been developed, collection, separation and cleaning are usually difficult to accomplish, hence most polymer products are incinerated or stored at waste dumps. Owing to the stricter and stricter environmental regulations intensive research is carried out to develop materials which completely degrade at the end of their life cycle environment-friendly. This research has started in two directions. Firstly, the reinforcing fiber (e.g. glass fiber) of the polymer composite material can be substituted by vegetable fiber (flax, hemp). The other way is to produce biodegradable polymers. Nowadays the price of biopolymers is dropping dramatically due to the modern production technologies. Hence, a possibility has evolved to develop totally degradable composites. There is an increasing interest for sawing industrial and agricultural byproducts (such as corn hull) which are produced in huge quantities (in Hungary, as well) and treated as waste. Several ways of utilization have been tried in the last decades but no perfect method has been found. The aim of this application is to provide a new approach to handling and utilizing cellulose based products. A further aim is to develop agricultural byproduct (e.g. corn hull, wood fiber) reinforced, partly or totally degradable composite materials that can be used for engineering applications due to their favorable properties.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Pályázatunkban részben, ill. teljesen lebomló új polimer és polimer kompozit anyagokat, valamint gyártástechnológiákat fejlesztettünk ki általános-, ipari- és orvostechnikai alkalmazásokhoz. Munkánk során elemeztük a cellulóz és más természetes alapú szálak, valamint mátrixok tulajdonságait, új számítási modellt alkottunk a viselkedésük pontosabb leírására. Az alkalmazott mátrixok, szálak és adalékanyagok számos kombinációjával új receptúrákat fejlesztettünk ki javított reológiai- és mechanikai tulajdonságú rendszerek létrehozása érdekében. A kompozitokat felépítő egyes alkotók közötti kapcsolat ellenőrzésére új eszközt fejlesztettünk a szál/mátrix határfelületi adhézió, a nyírószilárdság megbízhatóbb mérésére. A kifejlesztett kompozitok biodegradábilis tulajdonságait lebomlásvizsgálatokkal ellenőriztük. Az új típusú anyagokból gyártandó termékek előállításához gyártástechnológiát fejlesztettünk és meghatároztuk a gyártási paraméterek optimális intervallumát. Félüzemi és üzemi kísérletekkel prototípus termékeket gyártottunk az anyagok és technológiák ipari alkalmazhatóságának alátámasztására.
Results in English
In our project partly and fully degradable polymers, polymer composites and production technologies have been developed for general, industrial and biomedical applications. In our work properties of cellulose based and other natural fibers and matrices have been analyzed, a new predictive model has been developed to describe their behavior more precisely. Using several combinations of the matrices, fibers and additives new formulations have been developed to achieve systems with improved rheological and mechanical properties. A new device has been developed to test the interactions between the components constituting the composites, which allows a more reliable determination of fiber/matrix adhesion and shear strength. Biodegradability of the newly developed composites has been proved by degradability studies. Production technologies have been developed for manufacturing products from the new materials and the optimum intervals of production parameters have been determined. In pilot plant scale and in full scale experiments prototype products have been manufactured to prove the industrial viability of the materials and technologies.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=61424
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kocsis Z., Czigány T.: Influence of surface treatment on the mechanical properties of wood fiber reinforced polymer composites, GÉPÉSZET'2006, Budapest, CD proceedings, p.5., 2006
Mezey Z., Zhang M.Q., Czigány T.: Application of composite mechanical models when using natural fibers as a reinforcement in polymers, GÉPÉSZET'2006, Budapest, CD proceedings, p.5., 2006
Romhány G., Czigány T., Karger-Kocsis J.: Determination of J-R curves of thermoplastic starch composites containing crossed quasi-unidirectional flax fiber reinforcement, Composites Science and Technology 66: 3179-3187, 2006
Mezey Z., Czigány T.: Azonos irányba rendezett kenderszálakkal erősített kompozitok, Anyagvizsgálók Lapja 16: 3-7, 2006
Dogossy G., Czigány T.: Modelling and investigation of the reinforcing effect of maize hull in PE matrix composites, Polymers for Advanced Technologies 17: 825-829, 2006
Czigány T.: Polimer kompozitok különleges erősítőanyagai, Erősített Műanyagok Nemzetközi Konferencia, Balatonvilágos, CD Proceedings p.6., 2006
Dogossy G., Czigány T.: Failure mode characterization in maize hull filled polyethylene composites by acoustic emission, Polymer Testing 25: 353-357, 2006
Morlin B., Czigány T.: Adhéziómérő berendezés fejlesztése és alkalmazása, Gép 57: 118-121, 2006
Dogossy G.: Mezőgazdasági melléktermékekkel társított polimer rendszerek, PhD értekezés, BME (Témavezető: Czigány Tibor), 2006
Czigány T., Czvikovszky T.: Polimerek és kompozitjaik árműipari alkalmazása - áttekintés, Műanyag és Gumi 43: 45-50, 2006
Czigány T., Romhány G., Kovács J.G.: Starch for injection molding purposes, Chapter 3. pp. 81-108. In: Engineering Biopolymers: Homopolymers, Blends and Composites. (Eds.: Fakirov S., Bhattacharyya D.), Hanser, Munich, 2007
Romhány G., Czigány T.: Bokompozitok törésmechanikája, 7. fejezet, pp. 229-270. a Modellezés a biomechanikában c. könyvben (Szerk.: Halász G.), Műegyetemi Könyvkiadó, Budapest, 2007
Mezey Z., Czigány T.: Mechanical investigation of hemp fiber reinforced polypropylene with different types of MAPP compatibilizer, Materials Science Forum 537-538: 223-229, 2007
Kocsis Z., Czigány T.: Investigation of the debonding process in wood fiber reinforced polymer composites by acoustic emission, Materials Science Forum 537-538: 199-205, 2007
Czigány T., Morlin B., Mezey Z.: Interfacial adhesion in fully and partially biodegradable polymer composites examined with microdroplet test and acoustic emission, Composite Interfaces 14: 869-878, 2007
Mezey Z., Szabó J.S., Czigány T.: Biológiailag lebomló, keményítő alapú polimer mechanikai tulajdonságainak javítása kender- és bazaltszál hozzáadásával, Műanyag és Gumi 44: 43-47, 2007
Kocsis Z., Czigány T.: A rostméret hatása a farosterősítésű polimer kompozitok tulajdonságaira, Műanyag és Gumi 44: 317-322, 2007
Czigány T., Izer A., Tábi T.: Polimer kompozitok - áttekintés, Műanyag és Gumi 44: 185-191, 2007
Czigány T.: Basalt fiber, the new natural based material as a reinforcement of polymer composites, International Conference on Natural Polymers (ICNP 2007), Kottayam, Kerala, India, CD proceedings, p.4., 2007
Dogossy G., Czigány T.: Biodegradable composites from starch reinforced by agricultural byproducts, 3rd China-Europe Symposium on Processing and Properties of Reinforced Polymers, Budapest, Hungary, P. 56, 2007
Mezey Z., Murcsik P., Czigány T.: Acoustic emission assisted tensile testing of injection moulded hemp/polypropylene composites, Fiber Reinfored Composite Conference, Port Elizabeth, Dél-Afrika. 492-503, 2007
Czigány T., Deák T., Tamás P.: Investigation of mineral fiber reinforced polypropylene matrix composites, 13th European Conference on Composite Materials, Stockholm, p.9, 2008
Czigány T., Deák T., Tamás P.: Discontinuous basalt and glass fiber reinforced PP composites from textile prefabricates: effects of interfacial modification on the mechanical performance, Composite Interfaces 15: 697-707, 2008
Czigány T.: Intelligens, önjavító polimer kompozitok, Erősített Műanyagok Nemzetközi Konferencia, Keszthely, pp. 14-19, 2008
Morlin B., Czigány T.: A csepplehúzó mérési módszer továbbfejlesztése szál-mátrix határfelületi adhézió esetén, Műanyag és Gumi 45: 478-482, 2008
Tábi T., Czeller A., Kovács J.G.: Investigation and development of the processability of biodegradable polymer, Gépészet 2008, Budapest, p.8., 2008
Tábi T., Kovács J.G., Czigány T., Luyt A.S.: The effect of injection moulding parameters on the properties of starch based biodegradable polymers, UNESCO/IUPAC Conference, South Africa, p.1., 2008
Kocsis Z.: Farosttal erősített polimer kompozitok fejlesztése, PhD értekezés, BME (Témavezető: Czigány Tibor), 2008
Wang H.J., Rong M.Z., Zhang M.Q., Hu J., Chen H.W., Czigány T.: Biodegradable foam plastics based on castor oil, Biomacromolecules 9: 615-623, 2008
Czigány T., Deák T., Al-Gaadi B., Balogh G., Kmetty Á., Sikló B., Tuba F.: Hibridkompozitok, Műanyag és Gumi 46: 471-474, 2009
Mezey Z.: Természetesszál-erősítésű polimer kompozitok fejlesztése, PhD értekezés, BME (Témavezető: Czigány Tibor), 2009
Deák T., Czigány T.: Chemical composition and mechanical properties of basalt and glass fibers: A comparison, Textile Research Journal 79: 645-651, 2009
Vas L.M., Ronkay F., Czigány T.: Active fiber length distribution and its application to determine the critical fiber length, Polymer Testing 28: 752-759, 2009
Czigány T., Kiss Z., Oroszlány Á., Szebényi G.: Önjavító polimerek és polimer kompozitok, Műanyag és Gumi 46: 206-213, 2009
Czigány T., Morlin B.: Development and application of microbond test for characterizing fiber-matrix adhesion, 17th International Conference on Composite Materials, Edinburgh p.6, 2009
Tábi T., Tuba F., Oláh L.: Investigation of time-dependent behavior of starch-based, injection molded biodegradable polymer, Materials Science Forum 589: 281-286, 2008
Tuba F., Borbás L., Nagy P., Oláh L.: Hydrolysis induced deterioration of compressive properties of poly(E-caprolactone), FME Transactions 37: 33-37, 2009



Back »