Témata
Reklama

Nanokrystaly celulózy v pokročilých biokompozitních aplikacích

12. 04. 2017

Současná moderní společnost neustále zvyšuje požadavky na produkty vyrobené z obnovitelných a udržitelných zdrojů, které jsou biologicky odbouratelné, nejsou založené na ropných produktech, mají nízkou nebo téměř žádnou uhlíkovou stopu, jsou zdraví neškodné a ekologicky nezávadné.

Polymer kyseliny mléčné (PLA) je biodegradovatelný, biokompatibilní a stává se ekonomicky konkurenceschopným jiným komoditním plastům. Jedná se o alifatický polyester vyráběný ze stoprocentně obnovitelných surovin, má vysokou pevnost (50 až 70 MPa) a modul pružnosti (3 GPa). Nicméně stále čelí problémům průmyslové implementace, pomalu krystalizuje, je křehký a má nízkou rázovou odolnost.

Reklama
Reklama
Reklama

Nanokrystaly celulózy jako heterogenní nukleační aditivum

S cílem zvyšovat průmyslovou implementovatelnost PLA je na katedře strojírenské technologie Fakulty strojní zkoumán proces extrakce nanokrystalů celulózy jako potenciálních heterogenních nukleačních aditiv. Celulóza (C6H11O5)n je nejhojnější formou organické látky vyskytující se na zemském povrchu. V přírodě se vyskytuje ve formě semikrystalických mikrofibril, které rostliny a stromy syntetizují a využívají pro zesílení svých podpůrných struktur. Extrakcí přírodních materiálů až do nanorozměrů lze eliminovat hlavní příčinu defektů spojených s hierarchickou strukturou – vzniká tak „nový“ materiál, který otevírá pomyslné dveře budoucí generaci „zelených“ nanokompozitů.

Vlastnosti nanokrystalů celulózy

Nanokrystaly celulózy (CNC) jsou vysoce krystalické částice s typickou šířkou 3–5 nm a délkou 50–500 nm. Mají vysoký axiální modul pružnosti (100–160 GPa), vysoký aspektivní poměr, nízkou hustotu (1,5 g.cm-3), jsou biologicky rozložitelné, obnovitelné a mají povrch složený z reaktivních hydroxylových skupin, které umožňují dosáhnout různých povrchových vlastností. Nicméně tyto hydroxylové skupiny jsou hlavní překážkou při zpracování nanokompozitů a způsobují nehomogenní disperzi a distribuci nanokrystalů v nepolární polymerní matrici a limitují tak potenciál jejich synergického efektu.


Princip extrakce nanokrystalů celulózy hydrolytickou degradací méně uspořádaných amorfních oblastí.
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Možnost přípravy nanokompozitu

Jednou z možností, jak zabránit aglomeraci při přípravě nanokompozitu, je adsorpce polyetylenoxidu (PEO) na povrch CNC. Adsorpce PEO v důsledku sterických zábran omezuje aglomeraci a zvyšuje homogenní disperzi a distribuci CNC v PLA matrici. Stupeň krystalinity v porovnání s čistým PLA (8,6 %) vzrostl s 5% hmotnostním přídavkem PEO modifikovaných CNC na 40,5 %. Další možnosti zvyšování užitných vlastností PLA jsou například CNC s hydrofobní ligninovou úpravou (L-CNC). Rázová odolnost nanokompozitů s přídavkem pouze jednoho hmotnostního procenta L-CNC se zlepšila oproti čistému PLA o 25 %.

Příroda je nekonečným zdrojem inspirace a posun k obnovitelným a udržitelným materiálům je iniciativou k environmentálním, ekonomickým a energetickým benefitům. Na této cestě je nutné překonat spoustu překážek, ale s výhledem k udržitelnému rozvoji lidské společnosti, která bude nezávislá na ropných produktech je nutná evoluce jak v oblasti vědy, tak i technologie.

FS TU v Liberci, katedra strojírenské technologie

Ing. Martin Borůvka

martin.boruvka@tul.cz

www.fs.tul.cz

Reklama
Vydání #4
Kód článku: 170429
Datum: 12. 04. 2017
Rubrika: Monotematická příloha / Moderní výrobní technologie
Autor:
Firmy
Související články
Plně elektrický vstřikovací stroj

Nová řada strojů PX od firmy KraussMaffei představuje nový standard pro plně elektrické vstřikovací stroje. Tato nová řada kombinuje výhody plně elektrického vstřikovacího stroje s maximální modularitou. Provozovatelé strojů těží z vysoké přesnosti, produktivity a flexibility ve všech fázích výroby.

Kompletní řešení při výrobě plastových dílů

Kvalita plastového výlisku je závislá na celé řadě faktorů – od přesnosti vstřikovací formy přes teplotu vstřikovaného plastu, čistotu formy a vstřikovacího zařízení při změně barvy či materiálu až po například viditelnost místa vtoku. Bývá řešena zejména s ohledem na zdravotnické či potravinářské požadavky. Technologie vstřikování plastů je velmi komplexní obor, kdy se na výsledku podílejí celé týmy. Samotný návrh formy se všemi potřebnými komponenty, tak aby výsledkem byl přesný výlisek, je doslova fundamentální pro konečný zisk.

Materiál světí prostředky

Nadpisem tohoto článku je lehce pozměněné rčení „Účel světí prostředky“– někdy pravdivé, někdy demagogické. My si ho vypůjčíme v tom pozitivním slova smyslu a pouze pro potřeby zamyšlení nad obsahem monotematické přílohy časopisu MM Průmyslové spektrum.

Související články
Výroba polymerních a kompozitních prototypů

Aditivní technologie výroby je termín pro dnes běžně používané označení „3D tisk“. Tato technologie dříve spadala pod tzv. rapid prototyping, který se využívá v různých průmyslových odvětvích pro rychlé vytváření prototypů nebo jejich částí před finální výrobou a samotnou komercializací produktů. Díky dynamickému vývoji odvětví umožňuje dnes tato technologie vytvoření komponent splňujících požadavky pro finální produkt nejen po vizuální stránce, ale i z hlediska mechanických vlastností.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
O plastech v kontrastech

Plasty jsou nedílnou součástí novodobé společnosti, výrazně se podílejí na technickém rozvoji, zlepšování kvality života i zdraví lidstva. Vyznačují se unikátní kombinací materiálových vlastností, od kovů se výrazně odlišují, ale v něčem jsou si vzájemně podobné. Chemická podstata plastů však vyvolává ve společnosti i kontroverzní reakce na jejich použití.

Plazmová povrchová úprava nanovlákených polymerních struktur

Technologie plazmových povrchových úprav spočívá v navázání funkčních skupin na povrch řetězce polymeru v plazmovém výboji. Jedná se převážně o hydroxylové skupiny. Nepolární charakter povrchu materiálu se tímto mění na polární, tedy hydrofobní povrch se stává hydrofilním či naopak. Tato technologie nachází stále širší uplatnění v různých průmyslových, ale i medicínských aplikacích.

Náhrada kovů snadno a lehce

V roce 1991 společnost EMS-Grivory uvedla na trh materiály Grivory GV a otevřela tak nové možnosti k náhradě kovů. Od té doby vývoj těchto materiálů nepřetržitě pokračuje a hranice jejich možností jsou tak neustále posouvány.

Polyetylenové povlaky proti korozi oceli

Práškové povlakování oceli proti korozi zahrnuje řadu technologických postupů, jejichž vývoj probíhal po několik minulých desetiletí. Kromě dosažení spolehlivé a dlouhodobé ochrany proti korozi se zásadní motivací pro rozvoj práškových technologií stal tlak na zlepšování životního prostředí. Cílem tak bylo nahrazovat protikorozní nátěry obsahující ekologicky nepřijatelná rozpouštědla.

Lehký materiál s vysokou schopností absorpce energie

ARPRO je materiál vhodný pro řízení energie nárazu, který se vyznačuje unikátní kombinací vlastností, jako jsou schopnost absorpce energie, strukturální pevnost při velmi nízké hmotnosti, chemická odolnost, dobré tepelně- a zvukověizolační vlastnosti a recyklovatelnost.

Vývoj, výroba a aplikace nanovlákenných materiálů

Nanotechnologie. Slovo, které vzbuzuje očekávání, přináší obdiv, a přitom stále tak trochu voní novotou a tajemstvím. Objekty s rozměry řádově desítek či stovek nanometrů přinášejí zajímavé možnosti aplikací a vlastnosti materiálů, které obsahují, se často vymykají běžným zkušenostem. Kde vůbec lze takové materiály využít a jaké výhody mohou jejich aplikace přinést?

Missler Software jako součást evropského projektu FibreChain

Projekt FibreChain odráží rostoucí potřebu inovativních, optimalizovaných procesů výroby z uhlíkových vláken při současném snižování nákladů. Hlavním úkolem projektu je vývoj procesu výroby komponent z uhlíkových vláken s požadavkem na snížení času i nákladů výroby při současném požadavku na co nejvyšší kvalitu produkované 3D struktury výrobku.

Kompozitní materiály z přírodních zdrojů

Veřejnost se stále více snaží být environmentálně odpovědnou. Ani napříč odvětvími průmyslu tomu není jinak. V oblasti kompozitních materiálů můžeme v posledních letech sledovat stále častější tendence využívat přírodní materiály jako náhradu konvenčních syntetických produktů. Roste poptávka po vláknech na rostlinné bázi (například vláknech ze lnu, konopí nebo sisalu) a tyto materiály získávají významný podíl na celkové produkci kompozitních výrobků.

Fórum výrobních manažerů

Jak se odráží ve vaší výrobě stále přetrvávající nedostatek materiálových vstupů? Jak to ovlivňuje chod vaší firmy, plánování průchodu zakázky výrobou? Navýšení cen surovin musíte pravděpodobně promítnout do výsledných cen vašich produktů. Jak na to reagují odběratelé?

Synergie: klíč úspěchu

Na to, jak je mladý už toho ve své profesi dokázal vskutku hodně. Už na začátku vysokoškolského studia začal podnikat v oblasti jachtingu, do čehož spadá například distribuce materiálů pro povrchové úpravy a poradenství. Dnes je Ing. Viktor Brejcha nejen spojován se společností Sea-Line, ale především je specialistou pro kompozitní materiály ve společnosti Siemens Mobility.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit