Onderzoekers uit Thailand hebben pionierswerk verricht bij de omzetting van afgedankte HDPE-melkflessen in composieten met hoge stijfheid, waarbij gebruik werd gemaakt van PALF-versterking voor een toename van 162% in buigsterkte en 204% in modulus. Deze milieuvriendelijke upcycling verbetert de mechanische eigenschappen terwijl koolstof wordt vastgelegd, wat een veelbelovend pad voor duurzame materialen biedt.

Om te voldoen aan de Duurzame Ontwikkelingsdoelstellingen van de VN door de productie van nieuwe plastic materialen te verminderen en gebruik te maken van natuurlijke vezels uit landbouwafval, richt dit onderzoek zich op het potentieel van het hergebruiken van melkflessen van hogedichtheidpolyethyleen (HDPE). Het doel is om door middel van upcycling composieten met hoge stijfheid en hoge hitte-vervormingstemperatuur (HDT) te creëren.

De composietmatrix maakt gebruik van gerecycled hogedichtheidpolyethyleen (rHDPE) verkregen uit gebruikte melkflessen, terwijl de versterkende vulstoffen afkomstig zijn van afvalananasbladeren en zowel vezels (PALF) als niet-vezelmaterialen (NFM) omvatten. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Polymers .

Om deze composieten te bereiden, wordt een tweewalsmenger gebruikt om rHDPE te mengen met NFM en PALF, waardoor een optimale uitlijning van de vulstoffen in de resulterende prepreg wordt gegarandeerd. Vervolgens wordt de prepreg gelaagd en samengeperst tot composietvellen. De integratie van PALF als versterkend vulmiddel speelt een cruciale rol bij het aanzienlijk verbeteren van de buigsterkte en modulus van het rHDPE-composiet.

Er wordt een bijzonder opmerkelijk resultaat waargenomen met een PALF-gehalte van 20 gew.%, wat leidt tot een indrukwekkende toename van 162% in buigsterkte en een opmerkelijke toename van 204% in modulus vergeleken met zuiver rHDPE.

Hoewel het rHDPE/NFM-composiet ook verbeterde mechanische eigenschappen vertoont, zij het in mindere mate dan vezelversterking, ervaren beide composieten een lichte vermindering van de slagvastheid. Met name verhoogt de toevoeging van NFM of PALF de warmtevervormingstemperatuur (HDT) substantieel, waardoor de HDT-waarden stijgen tot ongeveer 84°C en 108°C voor respectievelijk de rHDPE/NFM- en rHDPE/PALF-composieten. Dit staat in schril contrast met de 71°C HDT van puur rHDPE.

Bovendien worden de algemene eigenschappen van beide composieten verder verbeterd door hun compatibiliteit te vergroten door het gebruik van met maleïnezuuranhydride gemodificeerd polyethyleen (MAPE). Onderzoek van de impactbreukoppervlakken op beide composieten onthult verhoogde compatibiliteit en duidelijke uitlijning van NFM- en PALF-vulstoffen, wat de verbeterde prestaties en milieuvriendelijkheid benadrukt van composieten geproduceerd uit gerecyclede kunststoffen versterkt met vulstoffen uit ananasbladafval.

Verbeterde mechanische eigenschappen, vooral weerstand tegen vervorming bij normale of hoge temperaturen, vergroten de haalbaarheid van het gebruik van het product met een lager gewicht of een dunner ontwerp. Dit is cruciaal voor toepassingen zoals auto-onderdelen.

Dit onderzoek onderstreept de veelbelovende mogelijkheid om afvalmaterialen te gebruiken voor duurzame composietontwikkeling, en draagt ​​bij aan het bredere doel van het verminderen van de milieu-impact in de kunststofindustrie. Het draagt ​​ook bij aan de verwijdering van koolstof door koolstof vast te leggen in duurzame producten.

Universitair hoofddocent Kheng Lim Goh, technisch adviseur van het PALF-HDPE-onderzoek, beschouwt het upcyclen van HDPE-melkflessen met ananasbladvezels als een aanzienlijke vooruitgang. Hij is enthousiast dat deze aanpak overvloedig afval omzet in zeer stijve HDPE-composietmaterialen met verbeterde mechanische eigenschappen, wat veelbelovend is voor verschillende industrieën, waaronder de biomedische sector en de automobielsector.

Om echter een duurzame PALF-toeleveringsketen voor zeer stijve HDPE-productie in stand te houden die op snelheid en schaal kan worden toegepast, moeten ananasboeren zich voorbereiden op en zich aanpassen aan de gevolgen van de klimaatverandering, waaronder grillige regenval, extreme temperaturen, droogte, bodemerosie en invasief onkruid. , en duurzaam ongedierte.

Zowel boeren als gewaswetenschappers moeten informatie uit klimaatprojecties, gewas- en economische modellen en empirische veldgegevens gebruiken om te identificeren hoe ananasgewassen bestand zijn tegen droogte en onvoldoende bodemvocht. Ze moeten ook alternatieve opties onderzoeken om de ananasproductie op peil te houden om een ​​consistent PALF-aanbod voor de productie van zeer stijf HDPE-composietmateriaal te garanderen.

Meer informatie: Taweechai Amornsakchai et al., Upcycling van HDPE-melkflessen tot zeer stijve, hoge HDT-composieten met afvalmaterialen van ananasbladeren, Polymeren (2023). DOI:10,3390/polym15244697

Aangeboden door Newcastle University in Singapore