Revolutionerende plast:Upcycling af landbrugsaffald øger ydeevne og bæredygtighed

Forskere fra Thailand har været banebrydende i omdannelsen af ​​affalds-HDPE-mælkeflasker til højstivhedskompositter ved at bruge PALF-forstærkning til en 162% stigning i bøjningsstyrke og 204% i modul. Denne miljøvenlige upcycling booster de mekaniske egenskaber, mens den binder kulstof, og præsenterer en lovende vej for bæredygtige materialer.

For at opfylde FN's mål for bæredygtig udvikling ved at reducere fremstillingen af ​​nye plastmaterialer og gøre brug af naturfibre fra agriaffald, adresserer denne forskning potentialet ved at genbruge højdensitetspolyethylen (HDPE) mælkeflasker. Målet er at skabe højstivhed, høj-varme-forvrængning-temperatur (HDT) kompositter gennem upcycling.

Den sammensatte matrix anvender genbrugt højdensitetspolyethylen (rHDPE) opnået fra brugte mælkeflasker, mens de forstærkende fyldstoffer er afledt af affaldsananasblade, der omfatter både fibre (PALF) og ikke-fibrøse materialer (NFM). Forskningen er publiceret i tidsskriftet Polymers .

For at fremstille disse kompositter anvendes en to-vals mixer til at blande rHDPE med NFM og PALF, hvilket sikrer optimal justering af fyldstofferne i den resulterende prepreg. Efterfølgende lægges prepreg'en i lag og komprimeres til kompositplader. Inkorporeringen af ​​PALF som et forstærkende fyldstof spiller en afgørende rolle i væsentligt at forbedre bøjningsstyrken og modulus af rHDPE-kompositten.

Et særligt bemærkelsesværdigt resultat er observeret med et PALF-indhold på 20 vægt%, hvilket fører til en imponerende stigning på 162% i bøjningsstyrke og en bemærkelsesværdig stigning på 204% i modul sammenlignet med uberørt rHDPE.

Mens rHDPE/NFM-kompositten også udviser forbedrede mekaniske egenskaber, omend i mindre grad end fiberforstærkning, oplever begge kompositter en lille reduktion i slagfasthed. Navnlig hæver tilsætningen af ​​NFM eller PALF varmeforvrængningstemperaturen (HDT) væsentligt, hvilket hæver HDT-værdierne til ca. 84°C og 108°C for henholdsvis rHDPE/NFM- og rHDPE/PALF-kompositterne. Dette er i skarp kontrast til 71°C HDT af pæn rHDPE.

Ydermere er de overordnede egenskaber af begge kompositter yderligere forbedret ved at forbedre deres kompatibilitet ved brug af maleinsyreanhydrid-modificeret polyethylen (MAPE). Undersøgelse af stødbrudsoverflader på begge kompositmaterialer afslører øget kompatibilitet og tydelig justering af NFM- og PALF-fyldstoffer, hvilket fremhæver den forbedrede ydeevne og miljøvenlighed af kompositter fremstillet af genbrugsplastik forstærket med ananasbladsaffaldsfyldstoffer.

Forbedrede mekaniske egenskaber, især modstand mod deformation under normale eller høje temperaturer, forbedrer muligheden for at bruge produktet med reduceret vægt eller et tyndere design. Dette er afgørende for applikationer som autodele.

Denne forskning understreger den lovende mulighed for at udnytte affaldsmaterialer til bæredygtig kompositudvikling, hvilket bidrager til det bredere mål om at reducere miljøpåvirkningen i plastindustrien. Det bidrager også til kulstoffjernelse ved at binde kulstof i holdbare produkter.

Lektor Kheng Lim Goh, teknisk rådgiver for PALF-HDPE-undersøgelsen, betragter upcycling af HDPE-mælkeflasker med ananasbladfibre som et betydeligt fremskridt. Han er begejstret over, at denne tilgang forvandler rigeligt affald til HDPE-kompositmaterialer med høj stivhed med forbedrede mekaniske egenskaber, hvilket er lovende for forskellige industrier, herunder biomedicin og bilindustrien.

For at opretholde en bæredygtig PALF-forsyningskæde til højstiv HDPE-produktion, som kan anvendes i hastighed og skala, skal ananasbønder imidlertid forberede sig på og tilpasse sig klimaændringseffekter, herunder uregelmæssig nedbør, ekstreme temperaturer, tørke, jorderosion, invasivt ukrudt. , og holdbare skadedyr.

Både landmænd og afgrødeforskere bør bruge information fra klimafremskrivninger, afgrøde- og økonomiske modeller og empiriske feltdata til at identificere, hvordan ananasafgrøder kan modstå tørhed og utilstrækkelig jordfugtighed. De er også nødt til at udforske alternative muligheder for at opretholde ananasproduktion for at sikre en ensartet PALF-forsyning til højstiv HDPE-kompositmaterialefremstilling.

Flere oplysninger: Taweechai Amornsakchai et al., Upcycling of HDPE Milk Bottles into High-Stifness, High-HDT Composites with Ananas Leaf Affaldsmaterialer, Polymerer (2023). DOI:10.3390/polym15244697

Leveret af Newcastle University i Singapore