Are natural fiber composites environmentally superior to glass fiber reinforced composites?

S.V. Joshia,*, L.T. Drzalb, A.K. Mohantyb, S. Arorac

aDepartment of Agricultural Economics, Michigan State University, 82 Agriculture Hall, East Lansing, MI 48824, USA

bComposite Materials and Structures Center, Michigan State University, East Lansing, MI 48824, USAcDepartment of Environmental Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI 48824, USA

Received 6 January 2003; revised 28 August 2003; accepted 11 September 2003

¿SON LOS COMPOSITES DE FIBRAS NATURALES AMBIENTALMENTE SUPERIORES A LOS COMPOSITES REFORZADOS CON FIBRA DE VIDRIO?

RESUMEN

Las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites. Se revisó el ciclo de vida con la evaluación de estudios de selección comparativa de composites de fibra natural y fibra de vidrio, y se identificaron factores clave de su comportamiento medioambiental relativo. Es probable que los composites de fibra natural sean ambientalmente superiores a los composites de fibra de vidrio en la mayoría de los casos por las siguientes razones: (1) la producción de fibras naturales tiene menores impactos ambientales en comparación con la producción de fibra de vidrio, (2) los composites de fibras naturales tienen un mayor contenido de fibra para un rendimiento equivalente , reduciendo más los contaminantes basados en el contenido de polímero, (3) el peso ligero de los composites de fibras naturales mejora la eficiencia de combustible y reduce las emisiones en la fase de utilización del componente, especialmente en aplicaciones de automóviles, y (4) el final de la vida de incineración de las fibras naturales da como resultado energía recuperada y créditos de carbono.

INTRODUCCIÓN

Desde la década de 1990, los composites de fibras naturales se están convirtiendo en alternativas realistas a composites reforzados con fibra de vidrio en muchas aplicaciones. Los composites de fibra natural como el cáñamo de fibra-epoxy, fibra de lino de polipropileno (PP), y la caña china de fibra-PP son particularmente atractivos en aplicaciones automotrices debido a su menor costo y densidad. Las fibras de vidrio utilizadas para los compuestos tienen una densidad de, 2,6 g/cm3 y cuestan entre $ 1,30 y $ 2,00/Kg. En comparación, las fibras de lino tienen una densidad de, 1,5 g / cm 3 y cuestan entre $ 0.22 y $ 1.10/kg. Mientras las fibras naturales han sido tradicionalmente utilizadas para rellenar y reforzar termoestables, los termoplásticos reforzados con fibra natural, especialmente composites de polipropileno, han atraído una mayor atención debido a su ventaja de reciclado. Los composites de fibra natural también son requeridos por ofrecer ventajas medioambientales, como una menor dependencia de las fuentes de

energías y material no renovables, reducción de las emisiones contaminantes, reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, mejorar la recuperación de energía, y el fin de la biodegradabilidad de los componentes de la vida. Dado que, tener un desempeño ambiental superior constituye un factor importante del aumento del uso futuro de composites de fibra natural, se justifica un amplio análisis en profundidad de los impactos medioambientales relativos de los composites de fibras naturales y los composites convencionales, que abarca el ciclo de vida. En este artículo se revisaron estudios de la evaluación del ciclo de vida (ECV) que comparan composites de fibras naturales y composites de fibra de vidrio. Se identifican los principales motores del desempeño ambiental relativo de composites de fibra natural, y sacar conclusiones sobre si los resultados específicos de estos estudios se puede generalizar.

EVALUACION DEL CICLO DE VIDA

La evaluación del ciclo de vida es una técnica para evaluar los aspectos e impactos ambientales potenciales asociados a un producto, elaborando un inventario de las entradas y salidas pertinentes de un sistema de producto; evaluando los potenciales impactos ambientales asociados a dichas entradas y salidas; interpretando los resultados del análisis de inventario y las fases de evaluación del impacto en relación con los objetivos del estudio.

ECV estudia los aspectos ambientales y los impactos potenciales a lo largo de la vida de un producto desde la adquisición de materia prima hasta la producción, uso y fin de opciones de gestión de la vida, como el reciclaje, incineración y eliminación. ECV tiene un enfoque global "cuna a tumba" o "cuna a cuna” evitando así concentrarse sólo en etapas específicas del ciclo de vida en la evaluación del desempeño de productos ecológicos. Recientes series de normas ISO 14040 a 14043 proporcionan directrices detalladas para la realización de ECV.

Las figuras. 1 y 2 muestran simplificado, genéricos fases del ciclo de vida de un componente de fibra de vidrio reforzada y un material compuesto de fibras naturales de materiales compuestos, respectivamente.

GFRP Glass Fiber Reinforced Polymer

La figura. 1. Ciclo de vida de un composite reforzado con fibra de vidrio

La figura. 2. Ciclo de vida de un composite reforzado con fibra natural

Los detalles de materiales específicos y los flujos de energía, las emisiones y procesos de fabricación pueden variar dependiendo de la aplicación específica. Sin embargo, los flujos

PRFN Componente de

Producción

de materiales, uso de energía, las misiones, y los impactos ambientales durante todas estas etapas deberá elaborarse, en el inventario y análisis para una evaluación del ciclo de vida integral.

3. Revisión de estudios previos

Pocos estudios han examinado la evaluación comparativa del ciclo de vida de los componentes específicos de materiales de composites reforzados con fibra de vidrio (GFR) y materiales de composites reforzados con fibra natural (NFR). Resumimos la metodología y los resultados de tres estudios disponibles en Inglés abajo.

3.1. Wotzel, Wirth and Flake, 1999

Este estudio presenta la evaluación del ciclo de vida de un tablero lateral para los vehículos Audi A3 hecho de copolímero ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno) y un diseño alternativo a partir de composites de resina epoxi con fibras de cáñamo (66% en volumen). El estudio presenta los insumos, el uso de la energía y las emisiones hasta la fase de fabricación de los componentes. La fase de utilización y las opciones de manejo del final de la vida, como la recuperación de energía mediante la incineración no se modelan, aunque el estudio analiza algunas de las implicaciones de la inclusión de la fase de utilización. Para el componente RFN, el cultivo de cáñamo, la extracción de las fibras de cáñamo y las fases de fabricación de componentes se modelan. Los datos sobre las emisiones del ciclo de vida para el ABS y resinas epoxi se basan en los eco-perfiles de la APME (Association of Plastics Manufacturers in Europe). El uso de la energía acumulada y las emisiones seleccionadas de la producción de un componente, reportado en el estudio se resumen en la Tabla 1.

El componente de fibra natural utiliza la energía un 45% menos, y resultados inferiores de las emisiones de aire. Sin embargo, las emisiones de agua de nitratos y fosfatos, y las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) es a la atmósfera son más altos como

consecuencia de la aplicación de fertilizantes en el cultivo de cáñamo. En general, los resultados de Eco-indicadores son de un 8% menos para composites epoxi de fibra de cáñamo. Los impactos ambientales para el composite de cáñamo-epoxi están dominados por la energía y las emisiones a partir de la producción de epoxy. A pesar de que las fibras de cáñamo reportan el 66% del volumen del componente, sólo contribuye el 5,3% de la demanda de energía acumulada.

3.2. Schmidt y Beyer 1998 [5]

La gestión de Schmidt y Beyer simplificaron las ECVs de dos diseños de un componente aislado para un carro Ford. El componente referenciado está hecho de copolimero (caucho) etileno propileno dieno (EPDM), polipropileno (PP) y reforzado con fibras de vidrio. El componente alternativo también está hecha de caucho EPDM y PP, pero está reforzado con fibras de cáñamo (30% en peso). Se consideraron los principales insumos y emisiones para la producción de fibra de vidrio, la producción de caucho EPDM, la producción de PP, la producción de fibras de cáñamo, el moldeo de los componentes, la fase de uso en el coche, la recolección y la disposición (asumiendo que sea el 50% de relleno sanitario y el 50% de incineración).Los datos correspondientes son principalmente de bases de datos públicas (fibra de vidrio de PRe, PP y EPDM de APME, el fertilizante de BUWAL), excepto para la producción de fibras de cáñamo, que se obtienen a partir de fuentes privadas o estimados con base en las resoluciones judiciales de la educación. Se presentaron los resultados finales sólo en la forma de los beneficios netos de cambiar el componente de fibra de cáñamo a partir del componente GFR. El componente de fibras de cáñamo muestra beneficios netos de 88,9 MJ en la demanda de energía acumulada, 8,18 kg de emisiones de CO2, 0,0564 kg de emisiones de dióxido de azufre, 0,002 kg de emisiones de fosfatos y 0,018 kg de emisiones de nitratos en el argumento básico. También llevan a cabo los análisis de sensibilidad de los beneficios netos con respecto a los cambios en las hipótesis en relación con la incineración, el impulso de las distancias en la fase de uso, las distancias de transporte de cáñamo, y la energía de cultivo, y se encontró que las estimaciones de beneficio neto son robustas en el rango normal de estos parámetros.

3.3. Corbiere-Nicollier et al. 2001 [4]

Este estudio informa de la ECV de paletas de transporte hechas de PP reforzado con fibra de vidrio y PP reforzado con fibra de caña de porcelana, llevada a cabo por los investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza. El diseño de un rendimiento equivalente de una paleta NFR (No apta para la Venta) contiene 53% de caña de porcelana en peso, en comparación con las paletas (GFR) que tienen 42% en peso de fibra de vidrio. El límite del sistema para la ECV cubre la producción de PP, el cultivo de caña de porcelana, de extracción de fibra, la producción compatibilizante, el transporte intermedio, la producción de paleta, el uso de la paleta, y la incineración de la paleta NFR.Del mismo modo, la producción de fibra de vidrio, la producción de PP, la incineración de producción de palets, transporte, uso de paletas, y al final de la vida son el modelo para la

ECV de la paleta GFR. El estudio también incluye la eliminación de desechos de los procesos intermedios de extracción de fibra. El estudio proporciona información comparativa detallada del desempeño ambiental en términos de consumo de energía, las emisiones de 68 sustancias químicas diferentes al aire, el agua y el suelo, y evaluación del impacto de resumen mediante CML 92 (Institute of Environmental Sciences) y el indicador de procedimientos Eco-95. Los resultados comparativos del estudio se resumen en la Tabla 2.

En general, los resultados de paletas NFR es significativamente de menor impacto ambiental en comparación con paletas GFR, con excepción de las emisiones de nitratos al agua relacionados con el cultivo de caña de porcelana. El estudio también informa de los resultados de los análisis de sensibilidad con respecto a: el reciclaje en diversos porcentajes, la vida de paletas, el contenido de plástico, y los cambios en las distancias de transporte, y se consideró que las paletas NFR son ambientalmente superiores en casi todos los escenarios. Sin embargo, los impactos ambientales de una paleta NFR es peor, dado que la vida útil de la paleta NFR cae por debajo de 3 años en comparación con 5 años de la paleta GFR.

4. Los conductores de un desempeño ambiental superior

Estos tres estudios muestran que en sus aplicaciones específicas, los composites NFR son ambientalmente superiores a los composites GFR en la mayoría de los indicadores de rendimiento. Sin embargo, existen diferencias significativas entre estos estudios, en términos de la aplicación específica del componente estudiado, la composición del material del componente de referencia, así como el componente de NFR, las fibras naturales específicas elegidas, los procesos de producción, los límites y el alcance de la evaluación del ciclo de vida, los impactos ambientales considerados, y las fuentes de datos utilizadas. Asimismo, debido a limitaciones de espacio, estos estudios publicados reportan

sólo los resultados definitivos de los análisis comparativos, con muy pocos detalles proporcionados sobre los supuestos y cálculos intermedios. Por lo tanto surgen dudas en cuanto a si estos resultados pueden generalizarse y si es probable que los composites NFR sean ambientalmente superiores a través de otras aplicaciones. También si hay algunos conductores en general del rendimiento relativo ambiental de los componentes GFR y los componentes NFR, que nos permita hacer juicios informados, sin efectuar la ECV detallada, larga y costosa, cada vez.De estos estudios, identificamos cuatro conductores generales del rendimiento relativo del medio ambiente de composites NFR en comparación con compositos GFR, lo que ayudará a hacer tales juicios cualitativos. Mientras Corbiere et al. menciona estos como los principales contribuyentes a su conclusión sobre las paletas de caña de porcelana caña se desempeñan ecológicamente mejor que las paletas GFR, reconocemos a estos como controladores ambientales que también son aplicables a la mayoría de materiales de composites NFR.

4.1. Bajo impacto ambiental de la producción de fibras naturales en comparación con la producción de fibra de vidrio.

La producción de fibras naturales en los resultados de los impactos ambientales es menos grave en comparación con la producción de fibras de vidrio. El cultivo de fibra natural depende principalmente de la energía solar y la producción de fibra y para la extracción se deben utilizar pequeñas cantidades de energía de combustibles fósiles. Por otra parte, la producción de vidrio y la producción de fibra de vidrio son grandes consumidoras de energía, procesos que dependen principalmente de los combustibles fósiles. El cuadro 3 muestra el ciclo de vida estimado las necesidades de energía no renovables para la producción de fibra de vidrio y dos fibras naturales.

Como se puede observar la producción de fibra de vidrio requiere de 5-10 veces más energía no renovable que la producción de fibras naturales. Como resultado, las emisiones contaminantes de la producción de fibra de vidrio son significativamente superiores a las de la producción de fibras naturales. En las columnas 2 y 3 de la Tabla 4 se tabulan los impactos ambientales en el proceso de producción de fibra de vidrio y la producción de fibra de caña de porcelana

. A excepción de las emisiones de nitratos asociados con el uso de fertilizantes en la producción de la caña de porcelana, todas las otras emisiones son mucho más bajos para las fibras naturales. El aumento de las emisiones de nitratos pueden dar lugar a la eutrofización de los cuerpos de agua, que es un problema significativo para la calidad del agua en muchas áreas. Sin embargo, Corbiere et al. encontró que los impactos de la eutrofización en el ciclo de vida de composites NFR son más bajos que los efectos de la eutrofización del ciclo de vida de los composites GFR, cuando incluyen la contribución de emisiones de NOx de la atmósfera a la eutrofización. Estas observaciones pueden ser válidas a través de diferentes fibras naturales, ya que sus procesos de producción son muy similares. Por lo tanto la sustitución de las fibras de vidrio por fibras naturales de igual peso normalmente mejora el rendimiento medioambiental del componente, con la posible excepción de los efectos de la eutrofización local.

4.2. La sustitución del polímero base por un porcentaje mayor en volumen de fibra natural

Los componentes NFR suele tener una fracción de fibra de mayor volumen en comparación con los componentes GFR por su resistencia mecánica y rigidez, porque las fibras de vidrio tienen mejores propiedades mecánicas que las fibras naturales.

Esta fracción de mayor volumen de fibra reduce el volumen y la fracción de peso de la matriz del polímero base utilizado en la composición. El ciclo de vida del uso de la energía y las emisiones de la producción de la mayoría de polímeros base utilizados en composites son significativamente mayores que aquellos asociados con la producción de fibras naturales. Por ejemplo, las columnas 4-6 en el cuadro 4 muestran las estimaciones del ciclo de vida del consumo de energía y las emisiones de la producción de 1 kg de resina epoxy, ABS y PP extraídos de los perfiles de ecoperfiles APME. Estos pueden ser comparados al ciclo de vida de las emisiones con 1 kg de la producción de fibra de caña de porcelana en la columna 3 y es evidente que el uso de la energía y las emisiones asociadas con la producción de polímeros base son significativamente mayores que aquellos asociados con la producción de fibras naturales. Por ejemplo, la producción de PP requiere alrededor de 20 veces más energía que la producción de fibras naturales y en consecuencia las emisiones también son más elevadas. Estas observaciones son válidas en la mayoría de las fibras naturales y polímeros base. Por lo tanto la sustitución de polímero de base por una fracción mayor de fibra natural mejorará el rendimiento medioambiental de los composites NFR comparados con composites GFR equivalentes.

4.3. Menores emisiones en la fase de utilización debido a la reducción de peso

Esta fracción mayor de volumen de fibras naturales de menor densidad en composites NFR también reduce el peso del componente final. La tabla 5 muestra los pesos equivalentes de los componentes GFR y NFR de los tres estudios.

Como puede verse en los componentes NFR se redujo el peso en 20-30%. Los composites de fibra natural son cada vez más popular en aplicaciones automotrices debido a esta reducción de peso. Los componentes de más bajo peso mejoran la eficiencia de combustible y, a su vez las emisiones son significativamente inferiores durante la fase de utilización del ciclo de vida de los componentes. Eberle y Franze estiman que el coeficiente de reducción del consumo de combustible en vehículos con motor de gasolina va desde 0,34 hasta 0,48 l/(100 kg x 100 km) en el Nuevo Ciclo de Conducción Europeo, mientras que el ahorro en los vehículos diésel oscila entre 0,29 a 0,33 l/(100 kg x 100 km). En otras palabras, durante el tiempo de vida en viajes de 175.000 kilómetros por automóvil, un kilogramo de reducción

de peso puede resultar en ahorros de combustible de 5.95-8.4 l de gasolina o 5.1-5.8 l de diesel, y las correspondientes emisiones evitadas en la producción y la quema de estos combustibles. El uso de la energía y las emisiones asociadas con la producción y quema de un kilogramo de gasolina y diesel se muestran en la Tabla 6.

Al comparar la energía relativa utilizada y las emisiones asociadas con la producción de fibra natural de la Tabla 4 y las emisiones de la producción y consumo de los combustibles en la Tabla 6, se hace evidente que para aplicaciones del automóvil, el evitar el uso de la energía y las emisiones de la mejora de la eficiencia del combustible en la fase de uso dominará los resultados de la ECV y favorecerá grandemente las fibras de peso ligero.Incluso en las aplicaciones no-automotrices, el peso reducido de componentes pueden mejorar la eficiencia de combustible y reducir las emisiones durante la fase de transporte del ciclo de vida.

4.4. Energía y créditos de carbono del final de la vida de las fibras naturales por incineración

A diferencia de las fibras de vidrio, las fibras naturales pueden ser incinerados después de que el componente de NFR ha cumplido su vida útil. Por ejemplo, se estima que el crédito de energía asociado con la incineración de fibras de caña de porcelana es de 14 MJ / kg. Algunos de estos créditos de energía puede ser compensado ya que un polímero base menor está disponible para su incineración. Del mismo modo, la incineración de las fibras naturales pueden aumentar las emisiones de aire, pero una menor masa del polímero base incinerado reduce las emisiones al aire. Por lo tanto los efectos netos sobre emisiones a la atmósfera y la recuperación de energía de la incineración depende de la composición específica de los componentes que se comparan. Al mismo tiempo, la incineración de las fibras naturales en teoría no da lugar a adición neta de emisiones de CO2, porque las plantas, de las cuales las fibras naturales se obtienen, secuestrar el dióxido de carbono atmosférico durante su crecimiento, que se libera durante la

combustión de fibras naturales. De ahí la incineración de composites NFR conduce a créditos de carbono positivos y menor efecto de calentamiento global.

5. Conclusiones

Los estudios existentes comparando el rendimiento del ciclo de vida medioambiental de los composites reforzados con fibra natural y los composites reforzados con fibra de vidrio reforzada encontraron que los composites de fibras naturales son ambientalmente superiores en las aplicaciones específicas estudiadas. Se propone que probablemente los composites NFR son ambientalmente superiores a los composites GFR en la mayoría de las aplicaciones también por las siguientes razones: (1) la producción de fibras naturales da como resultado una reducción del impacto ambiental en comparación con la producción de fibra de vidrio, (2) los composites NFR tienen mayor contenido de fibra para un rendimiento equivalente, lo que reduce la cantidad de contaminantes por polímeros base, (3) un menor peso de los composites NFR mejora la eficiencia de combustible y reduce las emisiones durante la fase de utilización del componente, especialmente en aplicaciones de automóviles, y (4) el final de la vida de fibras naturales por incineración da como resultado energía y créditos de carbono. Sin embargo se deben tener en cuenta un par de advertencias. En primer lugar, el uso de fertilizantes en el cultivo de fibras naturales da como resultado mayores emisiones de nitratos y fosfatos, que pueden contribuir al aumento de la eutrofización cuerpos de agua. Uno puede tener un deterioro en la calidad del agua local contra el mejoramiento global de la calidad ambiental. En segundo lugar, la superioridad medioambiental de los composites NFR puede desaparecer porque los composites NFR tienen una vida significativamente menor en comparación a los composites GFR. El futuro de los composites de fibra natural parece ser brillante porque son más baratos, más ligeros y ambientalmente superior a los composites de fibra de vidrio en general. Las investigaciones futuras por lo tanto, debe centrarse en lograr un el mejoramiento equivalente o superior del desempeño técnico y la vida de los componentes.

Study of the interfacial properties of natural fibre reinforced polyethylene

F.G. Torres*, M.L. CubillasDepartment of Mechanical Engineering, Polymers and Composites Group-POLYCOM, Catholic University of

Peru,Av. Universitaria Cdra. 18. s/n, Lima 32, Peru

Received 7 April 2005; accepted 12 May 2005

ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES DE LA INTERFASE DE FIBRA NATURAL REFORZADA DE POLIETILENO

RESUMEN

En el presente trabajo, se estudiaron las propiedades interfaciales de extruidos y moldeados por compresión de fibras naturales reforzadas con termoplásticos (NFRTP). La resistencia al corte interfacial de materiales de composites PE-sisal se midió mediante la prueba de la fragmentación de fibra única (SFFT). Las dificultades para obtener mediciones importantes fueron discutidas y evaluadas. Los principales problemas encontrados fueron el carácter no-transparente de la matriz, la forma irregular de las fibras, y la variabilidad en la adhesión fibra-matriz encontrada incluso en las muestras de fibra única. Las imágenes obtenidas con el Microscopio Electrónico de Barrido (SEM) de las superficies fracturadas fueron utilizadas para una evaluación cualitativa de las propiedades interfaciales de NFRTPs. El tratamiento de la fibra con ácido esteárico aumentó la resistencia al corte interfacial en un 23% con respecto a las fibras sin tratar. Las mejoras en la resistencia al corte interfacial encontrados para las muestras tratadas fueron consistentes con las observaciones de fractografos SEM.

INTRODUCCIÓN

Los composites de fibra natural han encontrado un número creciente de aplicaciones en los últimos años. Los fabricantes de automóviles han mostrado especial interés en estos materiales para la sustitución de los paneles reforzados con fibra de vidrio. Las ventajas de las fibras naturales sobre sus contrapartes tradicionales incluyen: costo relativamente bajo, bajo peso, menos daño a los equipos de procesamiento, mejor acabado superficial de piezas moldeadas (en comparación con composites de fibra de vidrio), buenas propiedades mecánicas relativa. Otra ventaja importante de las fibras naturales es que son relativamente abundantes en la naturaleza y, por tanto, pueden ser obtenidos a partir de recursos renovables. También pueden ser reciclados. Las principales desventajas de las fibras naturales son: su baja temperatura de transformación autorizada, su tendencia a formar grupos, y su naturaleza hidrofílica. Los datos experimentales de sus propiedades mecánicas, sobre todo cuando está probado bajo diferentes condiciones de procesamiento, han mostrado valores inconsistentes en muchos casos. Las características irregulares de las fibras naturales son una de las razones principales para ello. Por otra parte, las fibras naturales son hidrofílicas y muchos termoplásticos son hidrofóbicos. Esto conduce, en muchos casos, a problemas relacionados con las propiedades de la interfase de este tipo de compuestos. Diversos tratamientos son utilizados para mejorar la adherencia de la fibra matriz en composites reforzados con fibra natural. En la actualidad, este paso se considera crítico en el desarrollo de estos materiales. Los métodos para modificar la superficie puede ser físicos o químicos de acuerdo con la forma en que se modifique la superficie de la fibra. Otros tratamientos utilizados son el blanqueado, la acetilación y el tratamiento alcalino. El principal método químico utilizado en la modificación de superficie de las fibras naturales es el de acoplamiento químico. El agente de acoplamiento es elegido para formar enlaces químicos entre la celulosa de la fibra y la matriz de polímeros. Otros

métodos químicos incluyen cambios en la tensión superficial y la impregnación de las fibras. El cambio en la tensión superficial se relaciona con la hidrofobicidad de la fibra. El uso de ácido esteárico que hidrofobiza las fibras y mejora su dispersión es un ejemplo.

En este trabajo, las propiedades interfaciales de composites de polietileno reforzados con sisal son evaluadas por medio de la prueba de fragmentación de fibra única. Los resultados son comparados con datos cualitativos de las pruebas de caracterización morfológica.

Cardanol based matrix biocomposites reinforced with natural fibres

Alfonso Maffezzolia,*, Emanuela Calo` a, Simona Zurloa, Giuseppe Melea,

Antonella Tarziab, Cristina StifanibaDepartment of Innovation Engigneering, University of Lecce, Via Arnesano-73100 Lecce, Italy

bCimtecLab s.r.l., zona industriale-73100 Lecce, Italy

CARDANOL BASADO EN LA MATRIZ DE BIOCOOMPOSITES REFORZADOS CON FIBRAS NATURALES

RESUMEN

En este trabajo, se presenta la síntesis, formulación y caracterización de una resina basada en cardanol, conveneniente como composite de matriz. La reacción de policondensación entre cardanol, una base fenólica subproducto de la industria de la nuez de marañon y el formaldehído en presencia de un catalizador básico, en diferentes relaciones molares, se ha aplicado a la síntesis de un tipo de pre-polímero. Se obtuvo una resina termoestable, que contiene aproximadamente 40% de cardanol en peso, añadiendo un monómero epoxi y un catalizador ácido para el compuesto de resole. La reactividad de los distintos grupos funcionales de la mezcla fue estudiada por FTIR (Espectroscopía Infrarroja – Transformada de Fourier), mientras que el análisis calorimétrico, se ha aplicado a la definición del ciclo de curado, teniendo también en cuenta las ejecuciones mecánicas de la matriz. Se determinó la temperatura de transición vítrea (Tg) de la resina, en el rango de 42-56° C para los diferentes ciclos de curado y formulaciones, mediante análisis dinámico-mecánico. Por último, la formulación caracterizada por propiedades adecuadas y las temperaturas de curado se ha reforzado con ramié, lino, cáñamo, y con un tejido juta. También se utilizó una resina de poliéster estándar para propósitos de comparación como matriz para el mismo tejido juta. En este último caso, se han tratado dos distintos tratamientos de superficie para la superficie de la fibra a fin de mejorar las características de adhesión. El acoplamiento de fibras naturales con una matriz de base natural ha dado

lugar a una cantidad de componentes naturales en el compuesto que puede alcanzar el 73% en peso. A partir de la matriz basada en el nuevo cardanol y las fibras antes mencionadas, las muestras de superficies planas se han preparado y ensayado a tracción y flexión.

INTRODUCCIÓN

La química de los recursos renovables aplicada a la producción de nuevos productos comerciales, representa una cuestión muy importante y capta la atención de los investigadores del mundo académico e industrial. En particular, en los últimos años, la síntesis de polímeros a partir de recursos renovables es objeto de una importante actividad investigadora, debido al incremento en los precios de los productos químicos asociados con la gasolina que se convierten en una preocupación medioambiental creciente. El Cardanol, un subproducto de base fenólica de la industria de la nuez de cajú, se obtiene por destilación de ‘‘Cashew Nut Shell Liquid’’ (CNSL), que es el nombre internacional de un aceite alquilfenólico que figura en el mesocarpo esponjoso de la nuez ''Acagiú” (Anacardium occidentalis). Los tratamientos térmicos a los que las nueces y CNSL están sujetos en procesos mecánicos ampliamente extendidos de calcinación, determinan la descarboxilación parcial del ácido anacárdico, el principal componente del CNSL. La cadena lateral que caracteriza al fenol puede ser saturada mono, bi o tri olefínica con los dobles enlaces, respectivamente, en la posición (8), (8,11), o (8, 11, 14) y con un valor promedio de una insaturación por molécula. Incluso si el cardanol se ha utilizado en numerosos trabajos científicos para obtener diferentes tipos de polímeros termoestables, las aplicaciones sólo están en el campo de los frenos con resinas del tipo novolak. Muchas otras funcionalizaciones de síntesis se describen en la literatura, mientras que una completa caracterización de las propiedades de la resina líquida y de polímero reticulado es muy a menudo ausente, así como su uso como composite matriz. La gran disponibilidad de cardanol en las zonas tropicales podría ser explotado para la síntesis de matrices termoestables para composites, aprovechando su bajo costo. Las aplicaciones potenciales de tales matrices, en competencia con poliéster, resinas epoxi o vinilester, se relacionan con la procesabilidad y el desempeño que se podría lograr. Este estudio es realmente orientado al desarrollo de una matriz para el envolvimiento de tuberías para transporte de agua. En este trabajo se lleva a cabo la síntesis, formulación y caracterización de una resina basada en cardanol adecuada para la obtención de materiales de composites. La resina se aplica a la fabricación de vidrio y materiales compuestos reforzados con fibras naturales. En particular, se presenta una caracterización preliminar para composites reforzados con ramio corto, lino, fibras de cáñamo y tela de juta.

Natural fibres: can they replace glass in fibre reinforced plastics?

Paul Wambua*, Jan Ivens, Ignaas VerpoestDepartment of Metallurgy and Materials Engineering, Katholieke Universiteit Leuven, Kasteelpark Arenberg

44 B-3001 Leuven, Belgium

Accepted 21 February 2003

LAS FIBRAS NATURALES: ¿PUEDEN SUSTITUIR AL VIDRIO EN PLÁSTICOS REFORZADOS DE FIBRA?

RESUMEN

En este trabajo, los composites de polipropileno reforzados con fibras naturales (sisal, kenaf, cáñamo, yute y fibra de coco) fueron procesadas por moldeo de compresión utilizando el método de película de apilamiento. Se probaron y compararon las propiedades mecánicas de los diferentes composites de fibras naturales. Se realizó otra comparación con las propiedades correspondientes de los composites de polipropileno reforzada con malla de vidrio en la literatura. Los composites de kenaf, cáñamo y sisal mostraron resultados en la comparación de la resistencia de tracción y módulo pero el impaco en las propiedades del cáñamo parece superar el rendimiento del kenaf. El módulo de elasticidad, resistencia al impacto y la tensión límite de composites de polipropileno reforzados con kenaf se encontraron para aumentar incrementando el peso de la fracción de fibra. Los composites de fibra de coco mostraron las menores propiedades mecánicas, pero su resistencia al impacto fue mayor que el de los composites de yute y el kenaf. Se encontró que en la mayoría de los casos las propiedades específicas de los composites de fibras naturales se comparan favorablemente con los de vidrio.

INTRODUCCIÓN

En las últimas décadas, la investigación y el interés de la ingeniería han pasado de materiales monolíticos a materiales poliméricos reforzado con fibra. Estos composites (en particular, plásticos reforzados con aramida, carbono y fibra de vidrio), ahora dominan los mercados aeroespacial, de ocio, automoción, construcción y las industrias deportivas. Las fibras de vidrio son los más ampliamente utilizados para reforzar los plásticos, debido a su bajo costo (comparado con el de aramida y de carbono) y muy buenas propiedades mecánicas. Sin embargo, estas fibras tienen serios inconvenientes, como se indica en la Tabla 1.

Las deficiencias han sido muy explotadas por los autores de los composites de fibras naturales. La Tabla 1 compara las fibras naturales y de vidrio y muestra claramente las primeras ventajas con respecto a este último. La neutralidad de dióxido de carbono de las fibras naturales es particularmente atractiva. La combustión de las sustancias derivadas de productos fósiles (por ejemplo, petróleo) libera enormes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera. Este fenómeno se cree que es la causa principal del efecto invernadero y, por extensión, los cambios climáticos del mundo. Se han hecho intentos de utilizar composites de fibras naturales en lugar de vidrio, particularmente en aplicaciones no estructurales. Hasta ahora un buen número de componentes de automoción hechos anteriormente con composites de fibra de vidrio están siendo fabricados con composites favorables para el medio ambiente. Actualmente, se está generando un montón de material de investigación en el potencial de fibras con base de celulosa como refuerzo para los plásticos. Todos los investigadores que han trabajado en el área de fibra natural y sus compuestos están de acuerdo en que estos materiales renovables (a diferencia de las fuentes tradicionales de energía, es decir, carbón, petróleo y gas que son limitados), materiales disponibles en abundancia, tienen un serio embotellamiento: pobre humectabilidad e incompatibilidad con algunas matrices poliméricas y alta absorción de humedad por las fibras. El primero y el problema más importante es la adhesión fibra-matriz. El papel de la matriz en composites reforzados con fibras es transferir la carga a las fibras rígidas a través tensiones tangenciales en la interface. Este proceso requiere una buena adherencia entre la matriz polimérica y las fibras. Una mala adherencia en la interfase significa que todas las capacidades del composite no pueden ser explotadas y lo hace vulnerable a los ataques ambientales que pueden debilitarlo, lo que reduce su vida útil. La adherencia insuficiente entre los polímeros hidrofóbicos y las fibras hidrofílicas da como resultado las malas propiedades mecánicas de los composites poliméricos reforzados con fibra natural. Estas propiedades pueden ser mejoradas por: tratamientos físicos (tratamiento de plasma frío, el tratamiento de corona) y tratamientos químicos (anhídrido maleico, organosilanos, isocianatos, hidróxido de sodio, permanganato y peróxido).

Thermal decomposition kinetics of natural fibers: Activation energy with dynamic thermogravimetric

analysisFei Yao a, Qinglin Wu a,*, Yong Lei a, Weihong Guo b, Yanjun Xu a

a School of Renewable Natural Resources, Louisiana State University Agricultural Center, Baton Rouge, LA 70803, USA

b Polymer Alloy Laboratory, Department of Materials Science and Engineering, East China University of Science and Technology,Shanghai 200237, PR China

Received 21 July 2007; received in revised form 12 October 2007; accepted 18 October 2007

Available online 24 October 2007

CINÉTICA DE LA DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA DE LAS FIBRAS NATURALES: ENERGÍA DE ACTIVACIÓN CON EL ANÁLISIS DINÁMICO TERMOGRAVIMÉTRICO

El análisis dinámico TG en atmósfera de nitrógeno se utilizó para investigar los procesos de descomposición térmica de 10 tipos de fibras naturales de uso común en la industria de compuestos de polímeros. Estas fibras incluyen madera, bambú, residuos agrícolas y fibras. Varios modelos de degradación, entre ellas la de Kissinger, Friedman, lynne-Walle-Ozawa, y métodos modificados CoatseRedfern se utilizaron para determinar la energía de activación aparente de estas fibras. Para la mayoría de las fibras naturales aproximadamente el 60% de la descomposición térmica se produjo dentro de un rango de temperatura entre 215 y 310 C. El resultado también mostró que se obtuvo una energía de activación aparente de 160e170 kJ / mol para la mayoría de las fibras seleccionadas en todo el rango de temperatura de procesamiento de polímeros . Estos valores de energía de activación permite el desarrollo de un enfoque simplificado para comprender el comportamiento de la descomposición térmica de fibras naturales como una función de procesamiento de polímeros compuestos.INTRODUCCIÓN

En los últimos años, las fibras naturales en forma de fibra y / o de partículas han sido ampliamente utilizados como refuerzo de los rellenos de materiales compuestos termoplásticos. Estos rellenos naturales son más ligeros y más baratos, y proporcionar fuerza mucho mayor por unidad de masa que los rellenos más inorgánicos. Además de las consideraciones ecológicas, varios aspectos técnicos de promover el interés renovado por las fibras como complemento o sustitución de los rellenos tradicionales (por ejemplo, fibras de vidrio) en compuestos de polímeros [1E3]. Las fibras naturales a partir de residuos agrícolas y la transformación de productos forestales consisten principalmente en polímeros naturales lignocelulósica. Como resultado, se ven sometidos a la degradación térmica durante el procesamiento de compuestos [4,5]. Por lo tanto, de importancia práctica para comprender y predecir el proceso de descomposición térmica

de fibras naturales y el conocimiento le ayudará a un mejor proceso de diseño compuesto y estimar la influencia en las propiedades de compuestos por descomposición térmica de fibras naturales. La investigación anterior en la descomposición térmica de las fibras naturales se debió fundamentalmente a aplicaciones tales como la energía renovable de biomasa / combustibles naturales [6e8], y control de incendios forestales de propagación [9,10]. Debido a la complejidad de las reacciones de descomposición térmica de fibras naturales, amplios estudios que se han hecho en la determinación de los comportamientos individuales de los componentes principales (o pseudo-componentes) de las fibras naturales (por ejemplo, de pura celulosa, la lignina y hemicelulosa). En este caso, la mejora de los clásicos''''BroidoeShafizadeh modelo [11] y el cálculo de la energía de activación de descomposición de la celulosa pura es el enfoque principal. Antal y [Varhegyi 12], y Antal et al. [13] se pasó revista la pirólisis de celulosa pura, libre de cenizas, y lo describió con una singlestep, irreversible, de primer orden de velocidad que contienen altas energías de activación (238 o 228 kJ / mol). Milosavljevic y Suuberg [14] se pasó revista mundial cinética de pirólisis de celulosa y se encontró que las energías de baja activación (140e155 kJ / mol) se obtuvieron cuando la celulosa se calentó rápidamente por encima de 600 K. Nada y Hassan [15] investigaron la celulosa y algunos derivados de la celulosa y concluyó su activación energías de 53e182 kJ / mol. Capart et al. [16] calcula los parámetros de la cinética de la celulosa microgranular utilizando métodos dinámicos e isotérmica en una atmósfera de nitrógeno y lo describió con dos reacciones con energías de activación de 202 y 255 kJ / mol, respectivamente. Además de celulosa pura, la pirólisis de la lignina y hemicelulosa (por ejemplo, xilano) también ha sido estudiada [17,18]. En el desarrollo de la cinética de la descomposición de fibra, diferentes esquemas de reacción también se han considerado para una mejor interpretación para el proceso de descomposición de fibras.Koufopanos et al. [19] estableció los mecanismos de reacción de varios pasos de madera y componentes de madera. Diebold [20] más tarde desarrolló un elaborado plan global de la cinética de siete etapas para la pirólisis de la celulosa. Orfao et al. [21], se introdujo el modelo de tres reacciones independientes a la cinética de la pirólisis de algunos materiales lignocelulósicos, mientras que Di Blasi [22] utilizaron tres reacciones en paralelo para describir el proceso de pirólisis rápida de la madera. Más recientemente, Chen et al. [9] empleó un modelo de dos pasos consecutivos por alguna reacción de los combustibles forestales. Para las aplicaciones prácticas de ingeniería, sin embargo, puede ser suficiente para considerar sólo las características básicas del proceso de descomposición térmica con algunos mecanismos simplificados [23]. Para la fibra natural reforzado de procesamiento de polímeros compuestos, es de más importancia práctica para comprender y predecir la descomposición térmica de las fibras de refuerzo basado en el régimen simplificado y los parámetros cinéticos en la temperatura del proceso específico de polímero / composite de fibra natural. Sin embargo, ha habido pocos estudios fundamentales en este campo.

Los valores reportados de los parámetros cinéticos de las fibras naturales se encontraban en una amplia gama (por ejemplo, energía de activación para la celulosa pura 100 a 250

kJ / [mol 24]). Esta variabilidad se debió principalmente a los distintos regímenes cinéticos utilizados y pre-supuesto de la función de reacción y orden de reacción en el proceso de modelado de la cinética. Los modelos adecuados cinética de las fibras naturales que habrá que desarrollar [16].El modelo de libre''''iso-conversional métodos son considerados como una solución útil para determinar la verdadera energía de activación en este caso [25]. El enfoque permite obtener la dependencia de los parámetros cinéticos con la conversión de termogravimétrico (TG) y termogravimetría diferencial (DTG) medido en las curvas de diferentes velocidades de calentamiento sin hacer ninguna suposición sobre la función de reacción y orden de reacción.En consecuencia, el método permite evitar el riesgo de obtener los parámetros cinéticos mal, especialmente la energía de activación, debido a la función de reacción pre-ssuming inadecuadas [25,26]. El enfoque ha sido utilizado para determinar la cinética de degradación térmica de algunos polímeros / materiales compuestos de fibras naturales [27]. A pesar de investigaciones anteriores que han contribuido a la comprensión de la cinética de descomposición térmica de fibras naturales, la predicción de un enfoque simplificado para la descomposición térmica de las fibras en las temperaturas normales de procesamiento de materiales compuestos poliméricos no se ha establecido hasta ahora. El objetivo de este trabajo fue investigar proceso de descomposición térmica de fibras naturales comunes y establecer sus valores de energía de activación a través de un análisis dinámico termogravimétrico por métodos sin modelo. publicación futuras tratarán de modelado y predicción de la correspondiente al comportamiento de la descomposición térmica de las fibras naturales en relación con el procesamiento de polímeros compuestos.

Ecotoxicity of biocomposites based on renewable feedstock – Preliminary studies

E. Rudnik a,*, N. Milanov b, G. Matuschek b, A. Kettrup ca Industrial Chemistry Research Institute, Rydygiera 8, 01-793 Warsaw, Poland

b GSF-Forschungszentrum fu¨ r Umwelt und Gesundheit GmbH, Institut fu¨r O¨ kologische Chemie, Ingolsta¨ dter Landstrasse 1, D-85764 Oberschleissheim, Germany c Technische Universita¨t Mu¨ nchen, Department

fu¨ r Biowissenschaften, Weihenstephaner Steig 23, D-85350 Freising, Germany

Received 30 January 2007; received in revised form 11 June 2007; accepted 11 June 2007Available online 31 July 2007

ECOTOXICIDAD DE BIOCOMPUESTOS BASADOS EN MATERIA PRIMA RENOVABLE - ESTUDIOS PRELIMINARES

RESUMEN

El objetivo del trabajo fue estudiar el proceso de biodegradación de biocompuestos preparado a partir de recursos renovables y ecotoxicológicas de la evaluación de sus productos de biodegradación. Biocompuestos de almidón modificado reforzados con fibras de celulosa fueron preparados por el proceso de extrusión. los estudios de biodegradación se llevaron a cabo según el método ISO respirometic. La ecotoxicidad de los productos de biodegradación se determinó mediante la prueba de bacterias luminiscentes. Se encontró que la biodegradación de los biocompuestos estaba por encima de 60% dentro de 24 días de acuerdo a los resultados de la prueba de respirometría. Aumento de la cantidad de refuerzos de fibra natural, así como las fibras de tamaño más pequeñas generaron un aumento de la biodegradabilidad de biocompuestos. Sobre la base de los resultados preliminares del ensayo ecotoxicológico empleando bacterias luminiscentes, parece que los productos de la biodegradación de los biocompuestos estudiados son ecológicamente seguros.

INTRODUCCIÓN

Para una aplicación segura al medioambiente de polímeros biodegradables y biocomposites, es importante demostrar que los productos de degradación no tengan ningún efecto eco toxicológico. Además de encontrar el criterio de biodegradabilidad, estos materiales tienen que ser no tóxico (EN, 2000;ASTM, 2004). Ningún método establecido está disponible para medir la toxicidad de materiales poliméricos (Kapanen e Ita ¨vaara, 2001). Debe notarse que las pruebas de ecotoxicidad se diseñaron originalmente para la comprobación y evaluación de químicos puros. Así, las pruebas de ecotoxicidad basadas en las Pautas de OCDE para ensayos Químicos (OCDE Pautas 201, 202, 207 y 208, 1984) son normalmente empleadas y los organismos de prueba incluyen alga, daphnia, gusano de tierra y plantas.La literatura sobre ecotoxicidad de polímeros biodegradables es escasa (Kapanen e Ita ¨vaara, 2001,; Kapanen et al., 2002; Witt et al., 2001; Tuominen et al., 2002; Fritz et al., 2003; Domenek et al., 2004; Koutny et al., 2006). La meta principal para la valoración de la ecotoxicidad de polímeros es asegurar que ninguna sustancia dañosa se encuentre en el ambiente durante su degradación y después de que ellos se degradan. La prueba disponible para determinar la ecotoxicidad en las aplicaciones del abono se ha repasado por Kapanen e Ita ¨vaara (Kapanen e Ita ¨vaara, 2001). Los métodos de la evaluación de ecotoxicidad de abono de materiales poliméricos están principalmente basados en el uso de: plantas, fauna de la tierra (gusanos), la fauna acuática (Daphnia), algas (las algas verdes), microbios (las bacterias luminiscentes). La valoración de Ecotoxicidad de diferente naturaleza y abono de poliméros sintéticos fueron reportados (Fritz et al., 2003). Basado en la OCDE y normas de FRAGOR para las plantas más altas, gusanos de tierra, magna de Daphnia y bacterias del bioluminescent el fischeri de Vibrio el medio ecotoxicidad se propuso. Los valores promedio fueron calculados de seis datos individuales para comparar los modelos de inhibición entre las muestras diferentes muestras. Fue encontrado que los polímeros naturales (el almidón, celulosa y madera) inhibieron el crecimiento de la planta significativamente, ellos no fueron degradados totalmente pero aumentaron la compatibilidad de la planta de la tierra un tiempo después, es decir apoyó el crecimiento (después de 160 días). Los otros materiales ensayados no tuvieron ningún efecto positivo en el crecimiento o la actividad biológica de especies probadas durante y después de la biodegradación. El impacto toxicológico de ácido láctico basados en polímeros se evaluó por biotests, es decir por la prueba de Llamarada, midiendo la inhibición de producción ligera de V. fischeri y por las pruebas de crecimiento de planta con berro, rábano, y cebada (el Tuominen et al., 2002). Las

muestras de abono Láctico basado en poly(ester-urethanes) de una planta de abono municipal desechada fueron estudiadas (Kapanen et al., 2002). Standarised DIN se aplicaron pruebas que usan magna de Daphnia y las bacterias luminiscentes para evaluar la ecotoxicidad de copolyester aliphatic-aromático sintético (Witt et al., 2001). Actualmente, hay poca información disponible en el impacto ecológico de biocomposites y productos de su degradación. El objetivo del trabajo era estudiar el efecto ecotoxico de productos de la biodegradación del biocomposites preparados de almidón modificado reforzado con varias fibras de celulosas.

High resin content natural matrix–natural fibre biocomposites

A. Pizzi a,∗, R. Kuenyb, F. Lecoanet b, B. Massetaua, D. Carpentiera, A. Krebsa, F. Loiseaua,

S. Molinac, M. Ragoubica ENSTIB-LERMAB, Nancy University, Epinal, France

b CETELOR, Nancy University, Epinal, Francec LERMAB, Faculty of Science, Nancy University, Nancy, France

BIOCOMPOSITOS CON MATRIZ DE FIBRA NATURAL EN ALTO CONTENIDO DE RESINA

RESUMEN

Se prepararon compuestos de buenos resultados formados de tejidos de lino y fibras de cáñamo y matrices naturales de resina . fueron preparados compuestos delgados de alta densidad, así como más gruesos con una menor densidad. Dos tipos de matrices naturales fueron utilizados: (i) mimosas comerciales flavonoides extracto de tanino con el 5% hexamina añadida como endurecedor y (ii) una mezcla de mimosa taninos hexamina + con lignina organosolv glyoxalated de bajo peso molecular, estas dos resinas 50/50 mezclado por contenido de sólidos de peso. Los compuestos preparados se examinaron para detectar MOE en flexión y en la tensión y de máxima resistencia a la rotura de la tensión. Algunas de las esteras de la corona fueron tratados y el tratamiento de duración óptima de la corona fue dirigido a mejorar los somposites y la resistencia a la rotura. estos fueron relacionados con la morfología de la fibra tratada. Termomecánico análisis (TMA), Brinell y dureza de la superficie de contacto, pruebas de ángulo también se llevaron a cabo con buenos resultados. Los materiales compuestos a base de hierbas de tanino y resinas de lignina como matriz termoplástica se mantuvieron después de un primer prensado. Las hojas planas elaborado después de la primera edición fueron termoformadas en la forma querída

INTRODUCCIÓN

Biocomposites son y han sido una área de bastante interés y sujeto de investigación activa. Esto es debido a aspectos medioambientales así como a la escasez futura prevista de aceite y productos derivados de aceite. Biocomposites que usan fibras naturales y matrices poliméricas derivadas de

aceite han existido ahora y han estado disponiblse comercialmente. Así, los composites de fibras naturales además de polipropileno y otros derivados de aceite son usados para los interiores de puertas de automóvil y otras aplicaciones, aunque no tan extensivamente como podría desearse. Sin embargo, para el mismo tipo de aplicaciones, compuestos que también usan matrices naturales en la realidad no se ha desarrollado ni se ha mercantilizado. Esto es debido a la dificultad de encontrar matrices de origen natural capaz de impartir toda la actuación requerida a los compuestos resultantes. Por ejemplo, starch-bonded (Theis y Grohe, 2002) los biocomposites sufren de poco agua y poca resistencia de humedad, etc., Una clase de compuestos en la cual la resina de origen natural ya han tenido un impacto comercial/industrial de tableros de madera rígidos, como tablero de partículas dónde ya se usan comercialmente las resinas de origen natural durante los últimos 30 años, y todavía creciendo, aunque relativamente despacio (Pizzi, 2006). Es suficiente quedarse en la línea con la actuación y coste requeridos por la industria de tableros de madera y sus normas del producto respectivas. Sin embargo, algunas de las resinas naturales usadas como semillas para esta aplicación podrían usarse para producir composites de fibra natural en los cuales se use un volumen alto de una matriz natural. Las principales resinas naturales usadas en la industria de madera son adhesivos de tanino vegetales, y adhesivos de lignina, recientemente también los adhesivos de proteína de soja (Pizzi, 2006). De éstos, los adhesivos basados en tanino han sido comercializados, desde 1971. Ellos presentan la ventaja por encima de los otros dos tipos de no necesitar ningún refuerzo con una resina sintética derivada de aceite (Pizzi, 2006), como ya es el caso para el uso comercial de lignina (Lei et al., 2008; Pizzi y Stephanou, 1993a,b; Mansouri et al., 2007a,b) y semillas de la soja (El Lorenz et al., 2006;Wescott al del et., 2006; El Amaral-Labat et al., 2008; Pizzi, 2006). Este papel se trata entonces de los esfuerzos a producir compuestos de matrices de fibras naturales de actuación buena intentando con resinas de matrices de tanino, resinas de lignina y resinas de soja usadas en las esteras de lino no-tejidas.

Biocomposites containing natural polymers and hydroxyapatite for bone tissue engineering

23Maddela Swethaa, Kolli Sahithia, Ambigapathi Moorthia, Narasimhan Srinivasanb,Kumarasamy Ramasamya, Nagarajan Selvamurugana,b,∗

456 a Department of Biotechnology, School of Bioengineering, SRM University, Kattankulathur 603 203. Tamil Nadu, India

7 b Department of Endocrinology, Dr. ALM Post Graduate Institute of Basic Medical Sciences, University of Madras Taramani, Chennai 600 113. Tamil Nadu, India

Received 22 February 2010 13 Received in revised form 21 March 201014 Accepted 24 March 2010

BIOCOMPUESTOS QUE CONTIENEN POLIMEROS NATURALES Y HIDROXIAPATITA PARA INGENIERIA DE TEJIDOS OSEOS

RESUMEN

En ingeniería de tejidos es una estrategia alternativa para generar huesos utilizando una combinación de biomateriales y células. Biomateriales que imitan la estructura y la composición de los tejidos óseos en la nanoescala son importantes para el desarrollo de aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos. Naturales y basados en biopolímeros- compuestos que contienen quitina,quitosan, o colágeno tienen ventajas tales como la biocompatibilidad, la biodegradabilidad que son esenciales para la ingeniería de tejido óseo. La inclusión de nanopartículas de hidroxiapatita (Uno de los materiales más utilizados en biocerámicos) en la matriz de biopolímeros mejora las propiedades mecánicas e incorpora las características nanotopograficas que imitan la nanoestructura de los huesos. Esta revisión resume el trabajo reciente sobre el desarrollo de biocompuestos que contiene polímeros naturales con partículas de hidroxiapatita adecuado para su uso en defectos óseos o regeneración ósea.

INTRODUCCIÓN

Todos los años, millones de las personas están padeciendo defectos del hueso que se levantan del trauma, tumor o hueso relacionado a las enfermedades y claro algunos son la deuda agonizante a la insuficiencia de tejido del hueso ideal [1]. Las terapias actuales para defectos del hueso o suplentes del hueso incluyen autografts, el allografts. Sin embargo, estos suplentes tienen algunas limitaciones. Autografts quizá asociadas con la escasez del donador y morbosidad de sitio de donador considerando que los allografts pueden tener el riesgo de transmisión de la enfermedad y la contestación inmune. Las limitaciones mencionadas y la escasez esperada de injertos del hueso para los procedimientos quirúrgicos, la investigación incitada consagrada para deshuesar tejido poroso está cargado con células vivientes específicas y/o los factores/cytokines de crecimiento de tejido inducen a una regeneración del tejido o reemplazo de manera natural [2–9]. La ingeniería del tejido de huesos se ha enfocado al desarrollo de andamios 3D con porosidad requerrida y apropiada que puede servir como apoyo, refuerzo y en algunos casos organiza la regeneración del tejido o reemplazo de manera natural. Un andamio ideal para la ingeniería del tejido del hueso debe tener estructuras porosas interconectadas y así el andamio 3D del macro poro puede proporcionar un andamio temporal para guiar el crecimiento del tejido y su regeneración [5]. Para lograr los requisitos para la regeneración del hueso, las matrices bio miméticas normalmente son adaptadas las cuales proporcionan un ambiente de microarrastre conveniente para promover proliferación del osteoblasto y osteogenesis [10].Los componentes de hueso poseen una estructura de nano composite entretejida en una matriz 3D. En los recientes años, hay desarrollo de nano materiales por tejido del hueso que diseña las

aplicaciones. El hueso natural es un material de nano composite inorgánico-orgánicos complejo, en que el hydroxyapatite [HA, Ca10(PO4)6(OH)2] el nanocrystallites y fibrillas de colágeno son bien organizados en una arquitectura jerárquica. Los polímeros pueden servir como una matriz para apoyar el crecimiento celular teniendo varias propiedades (ej., bio compatibilidad, el biodegradabilidad, la porosidad, el cargo, la fuerza mecánica, el hidrofobocidad, etc) y ellos pueden modificarse fácilmente y alterando a los electores de monómeros en proporciones diferentes, mientras controla la polimerización condicionada, o presentando los grupos funcionales [11]. La inclusión de nano partículas en la matriz del biopolímero se apunta a mejorar las propiedades mecánicas así como incorporar rasgos del nanotopographic que imitan la nano estructura del hueso natural. Así, la manera principal de conseguir el biomaterial artificial como suplente del hueso en los acercamientos biominesis-inspirados es producir nanocrystallites de calciumphosphate (la Gorra) las sales con los polímeros naturales como el colágeno (Fig. 1) [12]. Así, este papel de revisión proporciona la literatura actual disponible en el desarrollo y aplicaciones de biocomposites que contiene los polímeros naturales con el hydroxyapatite en el campo ortopédico.

Kenaf natural fiber reinforced polypropylene composites:

A discussion on manufacturing problems and solutions

M. Zampaloni b,*, F. Pourboghrat a, S.A. Yankovich a, B.N. Rodgers a, J. Moore a, L.T. Drzal b, A.K. Mohanty c, M. Misra b

a Department of Mechanical Engineering, 2555 Engineering Building, Michigan State University, East Lansing, MI 48824, USA b Composite Materials and Structures Center, 2100 Engineering Building, Michigan State University, East Lansing, MI 48824, USA c School of Packaging, 130 Packaging Building, Michigan State

University, East Lansing, MI 48824, USA

Received 26 January 2006; received in revised form 20 December 2006; accepted 1 January 2007

COMPOSITOS DE POLYPROPILENO REFORZADOS CON FIBRA NATURAL DE KENAF: UN EXAMEN DE LOS PROBLEMAS DE FABRICACION Y SOLUCIONES

RESUMEN

Como los intentos del sector para reducir la dependencia de los combustibles derivados del petróleo y los productos existe una creciente necesidad de investigar más el medio

ambiente, materiales sostenibles para reemplazar los materiales existentes. Este estudio se centró en la fabricación de fibra de kenaf reforzado CON hojas de polipropileno que podrían ser termoformados para una amplia variedad de aplicaciones con características que son comparables a los actuales compuestos sintéticos. La investigación realizada en este estudio ha demostrado la capacidad de fabricar con éxito compuestos de polipropileno naturales reforzados en fibra natural. El método de fabricación óptima para estos materiales se determinó que era un proceso de moldeo por compresión utilizando una criba en capas de un polvo de polipropileno microfino y picado fibras de kenaf. Un contenido de fibra de ambos el 30% y 40% en el peso se ha demostrado que proporcionan un refuerzo adecuado para aumentar la fuerza de la pólvora de polipropileno. El uso de un agente de acoplamiento, el 3% Epolene activado para una exitosa adhesión fibra-matriz. estos compuestos moldeados en este estudio ha comprobado que tienen mayor resistencia a la tracción y flexión en comparación con la compresión de otros compuestos de moldeado de fibras naturales como el kenaf otros, sisal, y termoplásticos reforzados fibra de coco. Con el módulo de elasticidad de datos de las pruebas, también es posible comparar los beneficios económicos de uso de este compuesto sobre el kenaf y otras fibras naturales de vidrio E-. los compuestos de polipropileno fabricados en este estudio tienen un alto módulo / coste y un módulo específico más alto que el sisal, coco, e incluso de vidrio E que tenga la oportunidad para la sustitución de los materiales existentes, con una fuerza mayor, alternativa más económica que favorece el medio ambiente.

INTRODUCCIÓN

Uno de los únicos aspectos del diseño de materiales compuestos con fibra reforzada es que las propiedades mecánicas del material pueden ser provistas para encajar una cierta aplicación. Cambiando la orientación o colocación de las fibras el material puede exhibir propiedades que son las isotrópicas, pueden diseñarse o aniso trópicas que depende del resultado del fin deseado. Una desventaja mayor de esta personalización es el coste económico que puede asociarse con este método. Mientras personalizar las partes individuales puede ser apropiado al trabajar con la producción baja las partes niveladas, cuando la idea se extrapola a las partes de la producción más altas, el proceso personalizando se vuelve el costo favorablemente prohibitivo. Para las partes de la producción más altas el uso de hojas del thermoplastic que tienen una orientación de fibra pre-existente es una opción de costo efectivo. Ha habido trabajo extenso a lo largo de la industria en la formación de termoplásticos con fibra de carbono. Los dificultades comúnmente experimentadas muestran que la muestra se esta formando recta, fibra continua o fibra tejida las hojas compuestas los resultados arrugando de las fibras y distorsiones. Las fibras al azar orientadas han proporcionado la buena formabilidad, pero sin las ventajas de las propiedades muy direccionales a menudo deseadas en las partes compuestas. Las fibras discontinuas aparecen haber sido usadas con más éxito que las fibras continuas [1]. En los esfuerzos de la industria por disminuir la dependencia en el petróleo hay una necesidad creciente de investigar productos mas sustentables al medioambiente, los materiales para reemplazar la fibra de vidrio existente y fibra del carbono de materiales reforzados. Por consiguiente, la atención ha cambiado recientemente a la fabricación y propiedades de materiales reforzados con fibra natural. Las industrias automotores y aeroespaciales han demostrado un interés usando compuestos reforzados con fibra natural, por ejemplo, en orden a reducir el peso

del vehículo, las compañías automotores ya han cambiado de acero a aluminio y ahora han estado cambiando de aluminio a compuestos reforzados con fibra para algunas aplicaciones. Esto ha llevado a predicciones que en los plásticos futuros cercanos y compuestos del polímero comprenderán 15% de peso del automóvil total aproximadamente [2]. Fibras naturales que se han evaluado como los reemplazos para el vidrio incluyen lino, cáñamo, kenaf, y sisal. Estas fibras son abundantes, baratas, renovables, y fácilmente recicladas. Otras ventajas incluyen densidad baja, la dureza alta, las propiedades de fuerza específicas comparables, la reducción en el uso de la herramienta, la facilidad de separación, la energía disminuida de fabricación, y neutralidad de CO2 [3]. Estas fibras naturales pueden rajarse en dos categorías, bast y hoja. Los compuestos de fibra de bast incluyen kenaf, cáñamo y lino, mientras el sisal puede ser considerado una fibra de la hoja. Las fibras del bast exhiben una fuerza del flexural superior y módulo de elasticidad (MOE), pero las fibras de la hoja muestran las propiedades de impacto superiores. Comparado a fibras de vidrio, las fibras del bast tienden a mostrar la misma fuerza del flexural y un MOE aproximadamente más alto [3]. La desventaja principal usando estas fibras naturales es la naturaleza hidrófila de las fibras naturales que pueden llevar a los problemas de adherencia con la matriz del polímero hidrófoba. También deben evitarse las temperaturas altas debido a la posibilidad de degradación de fibra. Además, desde que ellos son naturalmente crecidos, las propiedades de las fibras pueden variar inmensamente de la planta.

BIOCOMPUESTOS: MICROMECÁNICA DE TEJIDOS DUROS BIOLOGICOS

RESUMEN

El progreso hacia la comprensión de la micromecánica de los tejidos duros como el hueso ha sido la falta de entendimiento detallada de sus microestructuras, sin embargo, este déficit se redujo rápidamente. el estudio de los mecanismos de endurecimiento provocado por microfisuración está empezando a dar resultados, pero espera a la cuantificación. escasos avances logrados en el área de interés del análisis de la micromecánica de invertebrados tejidos duros.

INTRODUCCIÓN

El estudio del hueso está avanzando rápidamente, pero su micro mecánica sólo está empezando a ser entendida. Esto es parcialmente porque micro estructura del hueso no está totalmente entendido. El micro cracking ha surgido como el rasgo crítico del comportamiento del post-rendimiento de los tejidos mineralizados de los vertebrados; en este artículo, yo discuto estas áreas, la pregunta de si los espécimenes pequeños de hueso se comportan diferentemente de los espécimenes grandes y la micro mecánica del tejido invertebrado. Los Temas de investigación activa no mencionados, por razones de espacio mecánica visco elasticidad. Los tejidos duros hicieron solamente de los materiales orgánicos. Dos áreas adyacente a la micro mecánica tampoco discutida aquí es la biología molecular de mecánica del hueso, y el remoldeamiento adaptable (cómo el hueso responde a la fatigue en un cierto tiempo biológico. i.c. el o\‘er Lveeks).