Bioalapú és/vagy újrahasznosítható szálerősített, égésgátolt polimer rendszerek fejlesztése  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »
 

Projekt adatai

  
azonosító
129584
típus KH
Vezető kutató Marosi György
magyar cím Bioalapú és/vagy újrahasznosítható szálerősített, égésgátolt polimer rendszerek fejlesztése
Angol cím Developmet of biobased and/or recyclable fibre-reinforced flame-retarded polymer systems
magyar kulcsszavak bioalapú polimerek, égésgátlás, újrahasznosítás, szálerősítés
angol kulcsszavak biobased polymers, flame retardancy, recycling, fibre-reinforcement
megadott besorolás
Anyagtudomány és Technológia (kémia) (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)80 %
Szerves kémiai technológia és gyógyszertechnológia (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)20 %
zsűri Kémia 1
Kutatóhely Szerves Kémia és Technológia Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem)
résztvevők Bordácsné Bocz Katalin
Igricz Tamás
Madarász Lajos
Szolnoki Beáta
Tacsi Kornélia
projekt kezdete 2018-12-01
projekt vége 2021-08-31
aktuális összeg (MFt) 19.890
FTE (kutatóév egyenérték) 3.58
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A kutatás fő célja olyan megújuló nyersanyagforrásból előállítható és/vagy újrahasznosítható szálerősített polimer rendszerek előállítása és vizsgálata, melyek mind mechanikai, mind biztonsági (éghetőségi) szempontból megfelelő alternatívát kínálnak a repülő- és járműiparban jelenleg fémből gyártott alkatrészek kiváltására. A gépjárműipar továbbfejlődésének az egyik alapfeltétele az új anyagok alkalmazásában rejlik. A káros üzemanyag kibocsájtás csökkentése súlycsökkentéssel, a megújuló nyersanyagforrások használatának bővülése biokompozitok alkalmazásával, az életciklus tervezés újrahasznosítással, a biztonság növelése pedig égésgátló anyagok felhasználásával segíthető elő. A természetes szálerősítés sok esetben környezetbarát alternatívát jelenthet a jelenleg alkalmazott szén- illetve üvegszál kiváltására kisebb igénybevételnek kitett alkatrészek esetén. Gazdaságosságuk nem csak a lényegesen olcsóbb előállításukban rejlik, hanem sokkal kevésbé koptató hatásúak a mesterséges szálaknál, azonban éghetőségük hátráltatja széleskörű elterjedésüket. A pályázat alapját képező közleményben leírt, kenderszövet erősítésű epoxigyanta kompozitok esetében felfedezett szinergetikus hatás további vizsgálata a cél, mely során további, hőre lágyuló és hőre keményedő mátrixok alkalmazásával szeretnénk a szerkezet–hatás összefüggést felderíteni.

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.
Korábbi kutatásink során szinergetikus hatást fedeztünk fel: amennyiben a mátrix és a szálak egyaránt foszfortartalmúak voltak az önkioltó (V-0) besorolás mellett a mechanikai tulajdonságok is elérik a referencia kompozit értékeit, annak ellenére, hogy külön-külön mind a szálak, mind a mátrixanyag mechanikai tulajdonságai romlottak a referencia anyagokéhoz képest. Jelen kutatás keretein belül ezen jelenség mélyebb megértését tervezzük. Ennek érdekében további mátrixok esetében tervezzük az eddig alkalmazott, valamint az újonnan előállított égésgátló vegyületek alkalmazását. Az eredmények alapján felállított szerkezet – hatás összefüggést figyelembe véve célzottan tudunk megfelelő égésgátló adalékokat, szálkezeléseket javasolni az egyes polimerek esetében.

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 kutatás során elért eredmények hosszú távon a gépjárművek, repülőgépek további súlycsökkentését teszik majd lehetővé, amely egyben a károsanyag-kibocsátás csökkenéséhez vezet. A polimerek beépítésével fokozódó tűzveszélyességet megfelelő égésgátlás kidolgozásával lehet eliminálni, mely esetben az égésgátlás és mechanikai tulajdonságok optimumát kell megtalálni. A tesztelt receptúrák részletes vizsgálata alapján meghatározásra kerülő összefüggések segítségével általánosan alkalmazható égésgátlási irányelvek kerülnek kidolgozásra. A nemzetközi kutatásokhoz képest jelen pályázat előnye, hogy a szerves kémiai szintetikus gyakorlattól a széleskörű analitikai- és anyagvizsgálati infrastruktúráig minden egy helyben adott, így gyors visszacsatolásra van lehetőség a projekt feladatai között.

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 kőolajkészletek csökkenésével egyre nagyobb szükség van olyan műanyagok kifejlesztésére, melyek néhány éven belül újratermelődő, megújuló nyersanyagforrásból állíthatók elő. A gépjármű- és repülőgépipar egyre nagyobb mennyiségben alkalmaz a fém alkatrészek helyett műanyagból készülteket, amely egyrészről a gépjármű/repülőgép önsúlyának csökkentésével csökkenti az üzemanyagfogyasztást, ezáltal a károsanyag-kibocsátást, másrészről viszont a műanyagok éghetősége jelentős biztonsági kockázatot jelent. Ennek kiküszöbölése érdekében szükséges olyan anyagkeverékek kidolgozása, amely mind szilárdságában, mind tűzbiztosságában biztonsággal alkalmazható, és az életciklusa végén újrahasznosítható is. Jelen kutatás során olyan megújuló nyersanyagforrásból származó, lebomló vagy újrahasznosítható műanyagok égésgátlását dolgozzuk ki, melyek mechanikailag is alkalmasak lehetnek egy gépjármű vagy egy repülőgép alkatrészének.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The aim of the present research is the preparation and detailed investigation of fibre-reinforced (recyclable) polymer systems derived from renewable resources, which can represent a suitable alternative to the currently applied metal parts, satisfying both the mechanical and flame retardant requirements of the aircraft and transportation industries. The main requirement for the further development of the automotive industry lies in the application of new materials. The reduction of the harmful emissions can be promoted by weight loss, as well as the expansion of the application of renewable resources by the use of biocomposites. The design for life-cycle can be enhanced by recycling, while the increase of safety by the application of flame retardants. The use of natural fibre reinforcement represents a suitable alternative to the currently applied glass- and carbon fibre reinforcements in case of parts exposed to less stress. Their use is economical, as their production is less costly than the man-made fibres’, and also they are less abrasive, however, their wide spread application is hindered by their flammability. Our aim is to further investigate the recently discovered synergistic phenomenon in the case of hemp fabric reinforced epoxy resin composites, described in the article on which the present project is based. In course of the research, further thermoplastic and thermosetting matrices will be investigated in order to clarify the structure–effect correlations.

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.
A new synergistic phenomenon was discovered in our previous research: when both the matrix and the reinforcing natural fibres contained phosphorus, besides the self-extinction (V-0 rating) of the samples, the mechanical properties also reach the level of the reference composite, despite the decrease of the mechanical properties of both the fibres and the matrix material compared to the reference materials. In course of the present research we plan to more deeply understand this phenomenon. For this purpose, the so far applied and the newly synthesized flame retardant compounds will be tested in further matrix materials. Considering the established structure–effect correlations based on the results, we will be able to propose suitable flame retardant additives and fibre-treatment methods for different polymer systems.

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.
The results of the present research can lead to further weight loss of the aircrafts or vehicles, thus decreasing the harmful emissions. The use of polymeric parts can lead to increased fire hazard, which can be eliminated by the elaboration of suitable flame retardancy. In this case the optimum between the flame retardant and mechanical properties has to be find. A generally applicable flame retardancy guideline will be elaborated based on the correlations specified from the results of the detailed investigation of the tested compositions. The advantage of the present application compared to other international research groups is the infrastructure ranging from the practice in organic chemical syntheses, to a wide range of analytical and materials testing equipment, all in one place, leading to fast feedback between the project tasks.

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.
With the decline in oil reserves, there is an increasing need for the development of plastic materials that can be produced from renewable resources, which are reproduced within a few years. The aircraft and transportation industries apply parts produced from plastic materials instead of metals in increasing amounts. This phenomenon, in one hand, leads to the weight loss of the vehicles, thus to the decrease of the fuel consumption and the harmful emissions, while on the other hand, the flammability of the plastics represents a significant fire hazard. To overcome this fact, the elaboration of such combination of materials, which can be safely applied both in terms of strength and fire safety, and is recyclable at the end of its life cycle, is necessary. In course of the present research we will elaborate the flame retardancy of such plastic materials, which are derived from renewable resources, degradable or recyclable, and which are mechanically also suitable to be a part of a vehicle or an aircraft.




 

Zárójelentés

  
kutatási eredmények (magyarul)
A szálerősítésű égésgátolt polimer rendszereket, mint értéknövelt “zöld” kompozitokat megújuló erőforrások/újrahasznosítható komponensek felhasználásával állítottuk elő. A poli(butilén-szukcinát) esetén ammónium-polifoszfát (APP) és 9-oxa-10-foszfenantrén-10-oxid alapú adalékok alkalmazása > 40 V/V% LOI (az égés minimális O2 szükséglete) értékeket eredményezett. A szorbit alapú bioepoxigyantákban kisebb mennyiségű égésgátlóra volt szükség rövidebb láncú alifás P-észterrel, ami a befolyásolja dinamikus mechanikai tulajdonságokat is. Még a teljesen vízbázisú bioepoxi rendszerben is sikerült önkioltó viselkedést elérni 3% P tartalommal. Az alumínium-trisz-(dietil-foszfinát) égésgátló anyaghoz azonban melamin-cianurát adalékolása volt szükséges a jó szenesítő hatékonysághoz. A szénszálas szálerősítés szén nanocsövekkel kombinálva elektromos vezetőképességet, és önkioltó (V-0) besorolást eredményezett alacsony hőkibocsátási maximum mellett (pHRR: 130 kW/m2) égésgátolt epoxiban. Bioszövet (juta, kender és len) erősítőanyag alkalmazása esetén a teljes hőleadás 30%-kal csökkent. A poli(tejsav) mátrixban égésgátlási célból először alkalmaztunk ciklodextrin (CD) mikroszálakat. A többfunkciós (erősítő és égésgátló) bioszálak kialakítása érdekében felületmódosítást alkalmaztunk egy újonnan kifejlesztett vegyülettel. Könnyű PLA habok előállítása szigorú kontrollt igényelt, amihez in-line analitikai (spektroszkópiai és gépi látási) módszereken alapuló eljárást dolgoztunk ki.
kutatási eredmények (angolul)
Fibre-reinforced flame retarded polymer systems as value-added green composites were prepared using renewable resources /recyclable components. In poly (butylene-succinate) the use of ammonium polyphosphate (APP) and 9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide based additives resulted in > 40 V/V% LOI values (minimal O2 concentration of burning). In sorbitol-based bioepoxy resins lower amount of flame retardant was needed with shorter-chain aliphatic P-ester, which influences the dynamic mechanical properties too. Even in fully water-borne bioepoxy system self-extinguishing behaviour was achieved at 3%P content. Aluminum tris-(diethylphosphinate) flame retardant required, however, melamine-cyanurate for good charring efficiency. Fibre reinforcement with carbon fibre combined with conductive carbon nanotubes resulted in electrical conductivity and self-extinguishing (V-0) rating with low peak heat release rate (pHRR: 130 kW/m2) in flame-retarded epoxy. In the case of reinforcement with biofabrics (jute, hemp and linen), the total heat release was reduced by 30%. In poly(lactic acid) cyclodextrin (CD) microfibers have been firstly applied for the purpose of flame retardancy. In order to form multifunctional (reinforcing and flame retardant) biofibres surface modification with a newly developed compound was applied. Formation of light-weight PLA foams required severe control developed on basis of in-line analytical (spectroscopic and machine vision) methods.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=129584
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

  
B. Szolnoki, A. Toldy, Gy. Marosi: Effect of phosphorus flame retardants on the flammability of sugar-based bioepoxy resin, Phosphorus, Sulfur and Silicon and the Related Elements, 2019
A. Toldy, G. Szebényi, K. Molnár, L.F. Tóth, B. Magyar, V. Hliva, T. Czigány, B. Szolnoki: The effect of multilevel carbon reinforcements on the fire performance, conductivity, and mechanical properties of epoxy composites, Polymers, 2019
K. Decsov, K. Bocz, B. Szolnoki, S. Bourbigot, G. Fontaine, D. Vadas, Gy. Marosi: Development of Bioepoxy Resin Microencapsulated Ammonium-Polyphosphate for Flame Retardancy of Polylactic Acid, Molecules, 2019
K. Bocz, B. Szolnoki, A. Farkas, E. Verret, D. Vadas, K. Decsov, Gy. Marosi: Optimal distribution of phosphorus compounds in multi-layered natural fabric reinforced biocomposites, eXPRESS Polymer Letters, 2020
L. Madarász, Á. Köte, M. Gyürkés, A. Farkas, B. Hambalkó, H. Pataki, G. Fülöp, Gy. Marosi, L. Lengyel, T. Casian, K. Csorba, Zs.K. Nagy: Videometric mass flow control: A new method for real-time measurement and feedback control of powder micro-feeding based on image analysis, International Journal of Pharmaceutics, 2020
D. Vadas, Zs.K. Nagy, I. Csontos, Gy. Marosi, K. Bocz: Effects of thermal annealing and solvent-induced crystallization on the structure and properties of poly(lactic acid) microfibres produced by high-speed electrospinning, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2020
K. Tacsi, H. Pataki, A. Domokos, B. Nagy, I. Csontos, I. Markovits, Imre; F. Ferenc; Zs.K. Nagy, Gy. Marosi: Direct Processing of a Flow Reaction Mixture Using Continuous Mixed Suspension Mixed Product Removal Crystallizer, Crystal Growth & Design, 2020
A. Toldy, Á. Pomázi, B. Szolnoki: The effect of manufacturing technologies on the flame retardancy of carbon fibre reinforced epoxy resin composites, Polymer Degradation and Stability, 2020
Hatoss Bálint: Poliuretán habok égésgátlása, BME VBK szakdolgozat, 2020
Novák Márk: Hatóanyagtartalom valós idejű meghatározása UV-megvilágítású képek automatizált elemzésével, BME VBK TDK dolgozat és előadás, 2020
Kmetykó Dávid: Politejsav szuperkritikus szén-dioxiddal segített habosításának in-line monitorozása Raman és NIR spektrometriával, BME VBK Diplomamunka, 2020
Tóth Bence: In-line alkalmazható módszerek fejlesztése folyamatos üzemű PLA habosítás minőségbiztosítására, BME VBK TDK dolgozat és előadás, 2020
Záhonyi Petra: In-line alkalmazható spektroszkópiai módszereket befolyásoló tényezők vizsgálata szálas minták folyamatos feldolgozásánál, BME VBK TDK dolgozat és előadás, 2020
Takács Viktor: Ciklodextrin mikroszálak alkalmazása politejsav égésgátlásában, BME VBK TDK dolgozat és előadás, 2020
Papp Sándor: Citromsav alapú bioepoxigyanta előállítása és vizsgálta, BME VBK szakdolgozat, 2020
A. Aljamal, B. Szolnoki, Gy. Marosi: ; Improving thermal and flame retardant properties of sorbitol-based bioepoxy systems by phosphorus-based flame retardants, Fire and Materials, 2021
D.L. Galata, L.A Mészáros, M. Ficzere, P. Vass, B. Nagy, E. Szabó, A. Domokos, A. Farkas, I. Csontos, Gy. Marosi, Zs.K. Nagy: ; Continuous blending monitored and feedback controlled by machine vision-based PAT tool, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2021
Á.K. Beke, M. Gyürkés, Zs.K. Nagy, Gy. Marosi, A. Farkas: Digital Twin of Low Dosage Continuous Powder Blending - Artificial Neural Networks and Residence Time Distribution Models, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2021
F. Ronkay, B. Molnár, D. Gere, K. Decsov, K. Bocz, T. Czigány: Upgrading of recycled PET into flame retarded technical products, FRPM21 European Meeting on Fire Retardant Polymeric Materials, 2021
T.T. Nguyen T., B. Szolnoki, D. Vadas, M. Nacsa, K. Bocz: Flame retarded polylactic acid based nanocomposites: effect of clay minerals on the flame retardancy of APP/PLA intumescent flame-retardant system, FRPM21 European Meeting on Fire Retardant Polymeric Materials, 2021
A. Aljamal, B. Szolnoki, Gy. Marosi: Flame retardancy of a fully waterborne sugar-based epoxy system, FRPM21 European Meeting on Fire Retardant Polymeric Materials, 2021
A. Aljamal, Gy. Marosi, B. Szolnoki;: Flame retardancy effect of melamine cyanurate in combination with aluminium diethylphosphinate in a fully waterborne epoxy system, Phosphorus, Sulfur and Silicon and the Related Elements - submitted, 2021
K. Decsov, B. Ötvös, Gy. Marosi, K. Bocz: Phosphorus-treated microfibrous cyclodextrin boosts flame retardancy of poly(lactic acid), FRPM21 European Meeting on Fire Retardant Polymeric Materials, 2021
B. Szolnoki, B. Hatoss, E. Hollósi, Sz. Nagy, Gy. Marosi: Flame retardant rigid polyurethane foams for automotive application, FRPM21 European Meeting on Fire Retardant Polymeric Materials, 2021
T.T. Nguyen T., K. Decsov, B. Szolnoki, K. Bocz, Gy. Marosi: Synthesis and characterization of new intumescent flame retardant additives in polypropylene, FRPM21 European Meeting on Fire Retardant Polymeric Materials, 2021
T.T. Nguyen T., K. Decsov, K. Bocz, Gy. Marosi, B. Szolnoki: All-in-one intumescent flame retardant for polypropylene: bioepoxy resin microencapsulated ammonium polyphosphate, Periodica Polytechnica Chemical Engineering - submitted, 2021




 

Projekt eseményei

  
2021-01-20 14:36:44
Résztvevők változása



vissza »