ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПЕНОПОЛИУРЕТАН-ХИТИН
Аннотация
Проблема замены упаковки для пищевых продуктов, получаемой из синтетических полимеров, на биоразлагаемые пленочные материалы, производимые на основе природного сырья, является чрезвычайно актуальной, что связано с общим ухудшением экологии. Поэтому тенденция использования природных полимеров для частичной или полной замены материалов на нефтяной основе вызывает интерес и внимание многих ученых. В данной работе использовали хитин (Cт) размерами 1-3 мм (CтS) и 5-10 мм (CтL) для наполнения пенополиуретана (ПУ) для получения полимерных композиционных материалов (ПКМ) ПУ-хитин (ПУ-Cт). Оценивались тепловые свойства (высокотемпературная стойкость, теплоизоляционная способность, горючесть) полученных ПКМ. Результаты показали, что наполнение ПУ хитином и размер наполнителя существенно не повлияли на высокотемпературную стойкость ПУ-Cт. Термостойкость ПУ-Ст аналогична ПУ без наполнителя, но значительно выше, чем у хитина. В случае полужестких материалов чем выше степень наполнения, тем выше коэффициент теплопроводности. Полужесткие материалы, содержащие 10% масс. хитина, имели теплопроводность, соизмеримую с исходным ПУ. Размер наполнителя не повлиял на теплоизоляцию получаемого материала. В то же время добавление хитина в эластичный ПУ (эПУ) снижало теплопроводность разработанного ПКМ. Увеличение содержания хитинового наполнителя в ПУ повышало скорость горения ПКМ по сравнению с исходным ПУ, но снижало по сравнению с хитином. Существенного влияния размера хитина на воспламеняемость ПУ-Cт не наблюдалось. Таким образом, материалы полужесткие ПУ, содержащие 10 % по массе хитина, были рекомендованы для замены исходных полужестких ПУ в качестве изоляционных материалов. эПУ-Cт был рекомендован для использования в областях, где требуется низкая или средняя изоляция.
Для цитирования:
Чан И.Д.Ч., Зенитова Л.А., Хоанг Т.Д., До Т.Х., Ву Т.К. Тепловые характеристики полимерных композиционных материалов пенополиуретан-хитин. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 6. С. 111-122. DOI: 10.6060/ivkkt.20236606.6719.
Литература
Yumiao Y., Hui C., Yankun W., Jianbo Z., Wenqiang R.B.W., Peiyong Q., Fuxing C., Yanmin W., Di C. Non-isocyanate polyurethane from sweet potato residual and the application in food preservation. Indust. Crops Prod. 2022. V. 186. P. 115224. DOI: 10.1016/j.indcrop.2022.115224.
Jitendra K.P., Kummetha R.R., Amar K. M., Manjusri M. Structural and physical properties of polyurethane nanocomposites and foams. Handbook of Polymerna-nocomposites. Proc, Perform. Applicat. DOI: 10.1007/978-3-642-38649-7.
Tran Y.D.T., Zenitova L.A. Study on the sorption capacity of the adsorbent based on polyurethane and chitin to remove oil spills. IOP Conf. Ser.: Earth and Environ. Sci., Efficient waste treatment-2018. 2019. V. 337. P. 012008. DOI: 10.1088/1755-1315/337/1/012008.
Tinti A., Tarzia A., Passaro A., Angiuli R. Thermo-graphic analysis of polyurethane foams integrated with phase change materials designed for dynamic thermal insulation in refrigerated transport. Appl. Therm. Eng. 2014. V. 70. N 1. P. 201-210. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2014.05.003.
Diasa R.C.M., Góesb A.M., Serakidesc R., Ayresa E., Oréficea R.L. Porous biodegradable polyurethane nano-composites: preparation, characterization, and biocompatibility tests. Mater. Res. 2010. V. 13. N 2. P. 211-218. DOI: 10.1590/S1516-14392010000200015.
Członka S, Fischer Kerche E, Motta Neves R, Strąkowska A, Strzelec K. Bio-based rigid polyurethane foam composites reinforced with bleached curauá fiber. Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. N 20. P. 11203. DOI: 10.3390/ijms222011203.
Sture B., Vevere L., Kirpluks M., Godina D., Fridrihsone A., Cabulis U. Polyurethane foam composites rein-forced with renewable fillers for cryogenic insulation. Polymers. 2021. V. 13. N 23. P. 4089. DOI: 10.3390/polym13234089.
Tran Y.D.T., Zenitova L.A. Effective treatment of oil spills by sorbent formed from chitin and polyurethane foam. Curr. Appl. Sci. Technol. 2020. V. 20. N 2. P. 321-333.
Feng S., Cheng S., Yuan Z., Leitch M., Xu C. Valorization of bark for chemicals and materials: A review. Re-new. Sustain. En. Rev. 2013. V. 26. P. 560-578. DOI: 10.1016/j.rser.2013.06.024.
Timakova K.A., Panov Y.T. Effects of fillers on properties of onepart polyurethane sealants with presence of a latentcuring agent. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 9. P. 60-65 (in Russian).
Zhou X., Fang C., Chen J., Li S., Li Y., Lei W. Correla-tion of raw materials and waterborne polyurethane prop-erties by sequence similarity analysis. J. Mater. Sci. Technol. 2016. V. 32. P. 687-694. DOI: 10.1016/j.jmst.2016.02.006.
Burdikova T.V., Ivshin S.S., Zenitova L.A. Study of influence of metal nanooxides on characteristics of com-posite materials based on polyurethanes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 10. P. 64-70 (in Russian).
Global Overview of the Polyurethane Dispersions (PUD) Market 5th Edition. Research and Markets. (19/04/2022)
Caoxing H., Zhenwen P., Jiongjiong L., Xiaona L., Xiao J., Youming D. Unlocking the role of lignin for preparing the lignin-based wood adhesive: A review. Indust. Crops Prod. Part A. 2022. V. 187. P. 115388. DOI: 10.1016/j.indcrop.2022.115388.
Tu Y.-C., Fan H., Suppes G.J., Hsieh F.-H. Physical properties of water-blown rigid polyurethane foams con-taining epoxidized soybean oil in different isocyanate indices. J. Appl. Polym. Sci. 2009. V. 114. N 5. P. 2577-2583. DOI: 10.1002/app.30430.
Park B.K., Kim M.M. Applications of chitin and its derivatives in biological medicine. Int. J. Molec. Sci. 2010. V. 11. N 12. P. 5152-5164. DOI: 10.3390/ijms11125152.
Thomas S.K., Parameswaranpillai J., Krishnasamy S., Begum P.M.S., Nandi D., Siengchin S., Sienkiewicz N. A comprehensive review on cellulose, chitin, and starch as fillers in natural rubber biocomposites. Carbohydrate Polym. Technol. Appl. 2021. V. 2. P. 100095. DOI: 10.1016/j.carpta.2021.100095.
Ahmad S.I., Ahmad R., Khan M.S., Kant R., Shahid S., Gautam L., Hassan M.I. Chitin and its derivatives: Struc-tural properties and biomedical applications. Int. J. Biol. Macromol. 2020. V. 164. P. 526-539. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.098.
Kawano A., Yamamoto K., Kadokawa J.I. Preparation of self-assembled chitin nanofiber-natural rubber compo-site sheets and porous materials. Biomolecules. 2017. V. 7. N. 3. P. 47. DOI: 10.3390/biom7030047.
Tran Y.D.T., Zenitova L.A. The effectiveness of the combined sorbent based on polyurethane foam and chitin for the oil spill removal process in the various water environment. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. V. 941. P. 012002. DOI: 10.1088/1757-899X/941/1/012002.
Trang Y.D.T., Zenitova L.A. Polymer composite material based on polyurethane foam and chitin – the sorbent of heavy metal ions. Vestn. Kazan. Tekhnol. Univ. 2021. V. 24. N 1. P. 26-31 (in Russian).
GOST R 57931-2017. Polymeric composites. Determination of melting and crystallization temperatures by thermal analysis. M.: Standartinform. 2017. P. 11 (in Russian).
GOST 7076-99. Building materials and products. Method of determination of steady-state thermal conductivity and thermal resistance. M.: Standartinform. 2000. P. 27 (in Russian).
GOST 28157-2018. Plastics. Methods for determining the resistance to burning. M.: Standartinform. 2018. P. 8 (in Russian).
Ashida K. Polyurethane and related foams chemistry and technology. Boca Raton. FL.: Taylor and Francis Group. 2007. 154 p.
Zia K.M., Barikani M., Bhatti I.A., Zuber M., Bhatti H.N. Synthesis and characterization of novel, biode-gradable, thermally stable chitin-based polyurethane elastomers. J. Appl. Polym. Sci. 2008. V. 110. N 2. P. 769-776. DOI: 10.1002/app.28533.
Khairkar S.R., Raut A.R. Synthesis of chitosan-graft-polyaniline-based composites. Am. J. Mater. Sci. Eng. 2014. V. 2. N 4. P. 62-67. DOI: 10.12691/ajmse-2-4-3.
Ribeiro da Silva V., Mosiewicki M.A., Yoshida M.I., Coelho da Silva M., Stefani P.M., Marcovich N.E. Pol-yurethane foams based on modified tung oil and rein-forced with rice husk ash I: Synthesis and physical chem-ical characterization. Polym. Test. 2013. V. 32. N 2. P. 438-445. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2013.01.002.
Matsui M., Munaro M., Akcelrud L. Chi-tin/polyurethane blends: a thermal and morphological study. Polymer Int. 2009. V. 59. P. 1090-1098. DOI: 10.1002/pi.2833.
Leng W., Pan B. Thermal insulating and mechanical properties of cellulose nanofibrils modified polyurethane foam composite as structural insulated material. Forests. 2019. V. 10. P. 200-212. DOI: 10.3390/f10020200.
https://www.poliuretano.it/pdf/FACTSHEET_16_Durability_of_polyurethane_insulation_products.pdf
Zhang H., Fang W.-Z., Li Y.-M. and Tao W.-Q. Experimental study of the thermal conductivity of polyurethane foams. Appl. Therm. Eng. 2017. V. 115. P. 528-538. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.12.057.
Choi H.-J., Kang J.-S., Huh J.-H. A study on variation of thermal characteristics of insulation materials for buildings according to actual long-term annual aging variation. Int. J. Thermophys. 2017. V. 39. N 1. DOI: 10.1007/s10765-017-2318-3.
