Властивості композитів на основі хімічно обробленої конопляної костриці й епоксиуретанів з епоксидованою соєвою олією
In last two decades the intensive growth in the number of publications devoted to plant fibers as reinforcements for polymer matrices is observed. Considering ecological issues natural fibers are recognized as an appealing alternative to synthetic ones. Unlike hemp fiber, which is frequently used fo...
Saved in:
| Date: | 2024 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/752 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543963385692161 |
|---|---|
| author | Samoilenko, T. F. Yashchenko, L. M. Yarova, N. V. Brovko, O. O. |
| author_facet | Samoilenko, T. F. Yashchenko, L. M. Yarova, N. V. Brovko, O. O. |
| author_sort | Samoilenko, T. F. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-06-19T09:28:20Z |
| description | In last two decades the intensive growth in the number of publications devoted to plant fibers as reinforcements for polymer matrices is observed. Considering ecological issues natural fibers are recognized as an appealing alternative to synthetic ones. Unlike hemp fiber, which is frequently used for given needs, its by-product named hemp woody core (HWC) has not yet gained much scientific attention in this sphere. Nevertheless, owing to the set of its unique properties HWC is also may be a promising filler. Application of HWC in composites would additionally contribute to its proper utilization. However, among the distinctions of lignocellulosic reinforcements is their hydrophilicity that requires to be reduced to ensure strong interface interaction with the matrix and good durability of the resulting composites. Herein, mercerization (alkali treatment) and/or subsequent modification of HWC with epoxidized soybean oil (ESO) or 3-aminopropyltriethoxysilane (APS) was used for this purpose. Si-containing epoxyurethane polymer matrix was synthesized from sodium silicate, polyisocyanate and ESO as epoxy component. Four series of molded samples with high plant filler content (60 wt. %) were elaborated. The results of contact angle and water uptake measurements showed that all applied types of treatment led to hydrophobization of the surface. Thus, the values of contact angles of composites with modified HWC exceeded 90 °, and their surface energy was lower than the one of neat samples. Regardless of quite high polarity of composites containing silanized HWC due the presence of amino and silanol groups, the formation of covalent bonds between filler and APS coupling agent turned out to be crucial for such characteristics as water resistance and mechanical performance. Particularly, equlibrium moisture content decreased by 31 % compared to that of the samples with pristine HWC, whereas tensile and flexural strength improved by 19 and 65 %, respectively. The highest microbial stability of the specimens with silane treated filler estimated within soil burial test is another evidence of enhanced interfacial adhesion in this case. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:30Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-752 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-09-24T17:45:58Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7522025-06-19T09:28:20Z Properties of composites based on chemically treated hemp woody core and epoxyurethane containing epoxidized soybean oil Властивості композитів на основі хімічно обробленої конопляної костриці й епоксиуретанів з епоксидованою соєвою олією Samoilenko, T. F. Yashchenko, L. M. Yarova, N. V. Brovko, O. O. hemp woody core chemical modification of filler mercerization silane treatment epoxidized soybean oil treatment epoxyurethanes natural fiber reinforced polymer composites hydrophobicity soil burial test biodegradation конопляна костриця хімічна модифікація наповнювача мерсеризація обробіток силаном обробка епоксидованою соєвою олією епоксиуретани підсилені природними волокнами полімерні композити гідрофобність тестування при закопуванні в ґрунт біорозкладання In last two decades the intensive growth in the number of publications devoted to plant fibers as reinforcements for polymer matrices is observed. Considering ecological issues natural fibers are recognized as an appealing alternative to synthetic ones. Unlike hemp fiber, which is frequently used for given needs, its by-product named hemp woody core (HWC) has not yet gained much scientific attention in this sphere. Nevertheless, owing to the set of its unique properties HWC is also may be a promising filler. Application of HWC in composites would additionally contribute to its proper utilization. However, among the distinctions of lignocellulosic reinforcements is their hydrophilicity that requires to be reduced to ensure strong interface interaction with the matrix and good durability of the resulting composites. Herein, mercerization (alkali treatment) and/or subsequent modification of HWC with epoxidized soybean oil (ESO) or 3-aminopropyltriethoxysilane (APS) was used for this purpose. Si-containing epoxyurethane polymer matrix was synthesized from sodium silicate, polyisocyanate and ESO as epoxy component. Four series of molded samples with high plant filler content (60 wt. %) were elaborated. The results of contact angle and water uptake measurements showed that all applied types of treatment led to hydrophobization of the surface. Thus, the values of contact angles of composites with modified HWC exceeded 90 °, and their surface energy was lower than the one of neat samples. Regardless of quite high polarity of composites containing silanized HWC due the presence of amino and silanol groups, the formation of covalent bonds between filler and APS coupling agent turned out to be crucial for such characteristics as water resistance and mechanical performance. Particularly, equlibrium moisture content decreased by 31 % compared to that of the samples with pristine HWC, whereas tensile and flexural strength improved by 19 and 65 %, respectively. The highest microbial stability of the specimens with silane treated filler estimated within soil burial test is another evidence of enhanced interfacial adhesion in this case. За останні два десятиріччя спостерігаємо інтенсивне зростання кількості публікацій, присвячених рослинним волокнам як підсилювачам полімерних матриць. З урахуванням екологічних проблем природні волокна розглядають як привабливі альтернативи синтетичним. На відміну від конопляного волокна, яке часто використовують для цих потреб, його побічний продукт під назвою конопляна костриця (КК) ще не привернув достатньо уваги науковців у цій галузі. Проте завдяки низці унікальних властивостей КК також може бути перспективним наповнювачем. Застосування КК в композитах додатково сприяло би її раціональній утилізації. Однак, до особливостей лігноцелюлозних наповнювачів належить і їхня гідрофільність, яку необхідно знизити, щоб забезпечити міцну міжфазову взаємодію з матрицею та задовільну довговічність виготовлених композитів. У роботі з цією метою використали мерсеризацію (лужну обробку) та/або подальшу модифікацію епоксидованою соєвою олією (ЕСО) або 3-аміно-пропілтриетоксисиланом (АПС). Si-вмісну епоксиуретанову полімерну матрицю синтезували з натрій силікату, поліізоціанату та ЕСО як епоксидної складової. Було виготовлено чотири серії формованих зразків з високим вмістом рослинного наповнювача (60 мас. %). Результати вимірювання кутів змочування та водопоглинання показали, що усі використані типи обробки зумовили гідрофобізацію поверхні. Так, значення кутів змочування композитів з модифікованою КК перевищили 90 °, а їхня поверхнева енергія була нижчою, ніж для вихідних зразків. Незважаючи на досить високу полярність композитів з силанізованою КК внаслідок наявності аміно- та силанольних груп, утворення ковалентних зв’зків між наповнювачем та аміносилановим сполучним аґентом АПС виявилося ключовим для таких характеристик як водостійкість і механічна міцність. Зокрема, рівноважний вміст вологи зменшився на 31 % порівняно з таким для зразків з немодифікованою КК, а міцність на розрив і на вигин поліпшилися на 19 і 65 %, відповідно. Найвища мікробна стабільність зразків з наповнювачем, обробленим силаном, визначена під час тесту при закопуванні в ґрунт, є ще одним доказом поліпшеної міжфазової адгезії в цьому випадку. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-11-23 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/752 10.15407/hftp15.04.552 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 15 No. 4 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 552-560 Химия, физика и технология поверхности; Том 15 № 4 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 552-560 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 15 № 4 (2024): Хімія, фізика та технологія поверхні; 552-560 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp15.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/752/770 Copyright (c) 2024 T. F. Samoilenko, L. M. Yashchenko, N. V. Yarova, O. O. Brovko |
| spellingShingle | конопляна костриця хімічна модифікація наповнювача мерсеризація обробіток силаном обробка епоксидованою соєвою олією епоксиуретани підсилені природними волокнами полімерні композити гідрофобність тестування при закопуванні в ґрунт біорозкладання Samoilenko, T. F. Yashchenko, L. M. Yarova, N. V. Brovko, O. O. Властивості композитів на основі хімічно обробленої конопляної костриці й епоксиуретанів з епоксидованою соєвою олією |
| title | Властивості композитів на основі хімічно обробленої конопляної костриці й епоксиуретанів з епоксидованою соєвою олією |
| title_alt | Properties of composites based on chemically treated hemp woody core and epoxyurethane containing epoxidized soybean oil |
| title_full | Властивості композитів на основі хімічно обробленої конопляної костриці й епоксиуретанів з епоксидованою соєвою олією |
| title_fullStr | Властивості композитів на основі хімічно обробленої конопляної костриці й епоксиуретанів з епоксидованою соєвою олією |
| title_full_unstemmed | Властивості композитів на основі хімічно обробленої конопляної костриці й епоксиуретанів з епоксидованою соєвою олією |
| title_short | Властивості композитів на основі хімічно обробленої конопляної костриці й епоксиуретанів з епоксидованою соєвою олією |
| title_sort | властивості композитів на основі хімічно обробленої конопляної костриці й епоксиуретанів з епоксидованою соєвою олією |
| topic | конопляна костриця хімічна модифікація наповнювача мерсеризація обробіток силаном обробка епоксидованою соєвою олією епоксиуретани підсилені природними волокнами полімерні композити гідрофобність тестування при закопуванні в ґрунт біорозкладання |
| topic_facet | hemp woody core chemical modification of filler mercerization silane treatment epoxidized soybean oil treatment epoxyurethanes natural fiber reinforced polymer composites hydrophobicity soil burial test biodegradation конопляна костриця хімічна модифікація наповнювача мерсеризація обробіток силаном обробка епоксидованою соєвою олією епоксиуретани підсилені природними волокнами полімерні композити гідрофобність тестування при закопуванні в ґрунт біорозкладання |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/752 |
| work_keys_str_mv | AT samoilenkotf propertiesofcompositesbasedonchemicallytreatedhempwoodycoreandepoxyurethanecontainingepoxidizedsoybeanoil AT yashchenkolm propertiesofcompositesbasedonchemicallytreatedhempwoodycoreandepoxyurethanecontainingepoxidizedsoybeanoil AT yarovanv propertiesofcompositesbasedonchemicallytreatedhempwoodycoreandepoxyurethanecontainingepoxidizedsoybeanoil AT brovkooo propertiesofcompositesbasedonchemicallytreatedhempwoodycoreandepoxyurethanecontainingepoxidizedsoybeanoil AT samoilenkotf vlastivostíkompozitívnaosnovíhímíčnoobroblenoíkonoplânoíkostricíjepoksiuretanívzepoksidovanoûsoêvoûolíêû AT yashchenkolm vlastivostíkompozitívnaosnovíhímíčnoobroblenoíkonoplânoíkostricíjepoksiuretanívzepoksidovanoûsoêvoûolíêû AT yarovanv vlastivostíkompozitívnaosnovíhímíčnoobroblenoíkonoplânoíkostricíjepoksiuretanívzepoksidovanoûsoêvoûolíêû AT brovkooo vlastivostíkompozitívnaosnovíhímíčnoobroblenoíkonoplânoíkostricíjepoksiuretanívzepoksidovanoûsoêvoûolíêû |