Forskare från Thailand har banat väg för omvandlingen av avfalls-HDPE-mjölkflaskor till kompositer med hög styvhet, med hjälp av PALF-förstärkning för en 162 % ökning av böjhållfastheten och 204 % i modul. Denna miljövänliga upcycling förstärker de mekaniska egenskaperna samtidigt som den binder kol, vilket ger en lovande väg för hållbara material.
För att uppfylla FN:s mål för hållbar utveckling genom att minska tillverkningen av nya plastmaterial och använda naturfiber från jordbruksavfall, tar denna forskning upp potentialen med att återanvända högdensitetspolyeten (HDPE) mjölkflaskor. Syftet är att skapa kompositer med hög styvhet och hög värme-distortion-temperatur (HDT) genom upcycling.
Den sammansatta matrisen använder återvunnen högdensitetspolyeten (rHDPE) erhållen från använda mjölkflaskor, medan de förstärkande fyllmedlen kommer från avfallsananasblad, som omfattar både fibrer (PALF) och icke-fibrösa material (NFM). Forskningen är publicerad i tidskriften Polymers .
För att förbereda dessa kompositer används en tvåvalsblandare för att blanda rHDPE med NFM och PALF, vilket säkerställer optimal inriktning av fyllmedlen i den resulterande prepreg. Därefter skiktas prepreg och komprimeras till kompositark. Införandet av PALF som ett förstärkande fyllmedel spelar en avgörande roll för att avsevärt förbättra böjhållfastheten och modulen för rHDPE-kompositen.
Ett särskilt anmärkningsvärt resultat observeras med en PALF-halt på 20 viktprocent, vilket leder till en imponerande ökning på 162 % i böjhållfasthet och en anmärkningsvärd ökning på 204 % i modul jämfört med ren rHDPE.
Även om rHDPE/NFM-kompositen också uppvisar förbättrade mekaniska egenskaper, om än i mindre utsträckning än fiberförstärkning, upplever båda kompositerna en liten minskning av slaghållfastheten. Noterbart höjer tillsatsen av NFM eller PALF värmedistorsionstemperaturen (HDT), vilket höjer HDT-värdena till ungefär 84°C och 108°C för rHDPE/NFM- respektive rHDPE/PALF-kompositerna. Detta står i skarp kontrast till 71°C HDT för ren rHDPE.
Dessutom förbättras de övergripande egenskaperna hos båda kompositerna ytterligare genom att förbättra deras kompatibilitet genom användning av maleinsyraanhydridmodifierad polyeten (MAPE). Undersökning av slagbrottsytor på båda kompositerna avslöjar ökad kompatibilitet och tydlig anpassning av NFM- och PALF-fyllmedel, vilket framhäver den förbättrade prestandan och miljövänligheten hos kompositer tillverkade av återvunnen plast förstärkt med ananasbladsavfallsfyllmedel.
Förbättrade mekaniska egenskaper, särskilt motståndskraft mot deformation under normala eller höga temperaturer, förbättrar möjligheten att använda produkten med reducerad vikt eller en tunnare design. Detta är avgörande för applikationer som bildelar.
Denna forskning understryker den lovande vägen att använda avfallsmaterial för hållbar kompositutveckling, vilket bidrar till det bredare målet att minska miljöpåverkan inom plastindustrin. Det bidrar också till kolavlägsnande genom att binda kol i hållbara produkter.
Docent Kheng Lim Goh, teknisk rådgivare för PALF-HDPE-studien, anser att återvinningen av HDPE-mjölkflaskor med ananasbladfibrer är ett betydande framsteg. Han är glad över att detta tillvägagångssätt förvandlar rikligt avfall till HDPE-kompositmaterial med hög styvhet med förbättrade mekaniska egenskaper, vilket är lovande för olika industrier, inklusive biomedicin och bilindustri.
Men för att upprätthålla en hållbar PALF-försörjningskedja för högstyv HDPE-produktion som kan appliceras i snabb och skala, måste ananasodlare förbereda sig för och anpassa sig till klimatförändringseffekter, inklusive oregelbunden nederbörd, extrema temperaturer, torka, jorderosion, invasiva ogräs och hållbara skadedjur.
Både bönder och växtforskare bör använda information från klimatprognoser, grödor och ekonomiska modeller och empiriska fältdata för att identifiera hur ananasgrödor tål torrhet och otillräcklig markfuktighet. De måste också utforska alternativa alternativ för att upprätthålla ananasproduktionen för att säkerställa en konsekvent PALF-försörjning för högstyv HDPE-kompositmaterialtillverkning.
Mer information: Taweechai Amornsakchai et al, Upcycling av HDPE-mjölkflaskor till högstyvhet, hög HDT-kompositer med ananasbladavfallsmaterial, polymerer (2023). DOI:10.3390/polym15244697
Tillhandahålls av Newcastle University i Singapore
