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科技动态

用香蕉皮和佛手柑皮制造生物基硬质聚氨酯泡沫

 发布时间:2022-12-12 00:00  来源:聚氨酯技术、NTMT纺织新材料

一篇来自巴西研究人员的新发表的论文,探讨了利用香蕉皮和佛手柑皮这两种未被充分利用的农业和食物垃圾作为生物材料来制造生物基硬质聚氨酯泡沫。




利用食品和农业废物制造增值产品


循环经济的目标是利用废物流制造可用于多个工业部门的增值产品。这样既可以减少碳排放,节约原始资源,又可以为人类社会的可持续性提供一条新途径。


农业和食品的废物已被开发应于多种用途,制造可持续和绿色的产品,极大地减少了碳足迹。农业和食品工业的规模为不断增长的全球人口提供了保障,也确保了这些废弃资源的大量供给。


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提高聚氨酯生产的可持续性


聚氨酯是一种具有广泛商业用途的材料,如绝缘保温材料、粘合剂、密封剂等。这种关键的工业聚合物传统上是由石化工业的副产品制成的,这种生产路径正变得越来越不可持续。


在全球范围内,聚氨酯的消费价值超过超过600亿美元,随着需求的增加,预计这一数字将在不久的将来上升到800亿美元以上。聚氨酯泡沫是一种流行的热固性塑料,分为三类:硬质泡沫、半硬质泡沫和柔性泡沫。这种分类取决于材料的交联密度和程度。


硬质聚氨酯泡沫塑料因其低导热性、闭孔结构、低吸水性和增强的抗压强度而需求巨大。在绝缘保温、汽车部件、包装和制冷部件的领域,其性能可与其他材料(如多孔混凝土、发泡聚苯乙烯和矿物棉)相媲美。


然而,尽管它具有优越的绝缘性能,但这种材料的高成本阻碍了它作为绝缘保温材料的广泛应用,因为市面上有更便宜的替代品。此外,使用石化产品来制造聚氨酯泡沫可能存在一些问题,因为石油工业已经与气候变化联系在一起,而且预计未来几十年全球储量将严重枯竭。


因此,迫切需要提高聚氨酯行业的可持续性,摆脱传统的石化生产路径。近几十年来,使用具有成本效益和来源丰富的生物基材料制造聚氨酯已变得越来越有吸引力。


目前废弃的水果和蔬菜生物质被从生产链中移除出去后被填埋,所以,这些废弃物具有巨大的环境吸引力。这种趋势反映在使用农业和食品废料生产其他几种聚合物材料上,如聚氯乙烯、聚丙烯和聚乳酸。


研究内容


作者重点研究了两种常见的未得到充分利用的废料,它们是香蕉皮和佛手柑皮,分别来自榨汁和榨油工业。已经注意到,对可持续性硬质聚氨酯泡沫已经就使用纤维素基纤维,木质素颗粒,纸和粉末残留物以及工业和生活残留物作为填料进行了研究。


使用蔬菜和水果废弃下脚料具有显著降低硬质聚氨酯泡沫制造成本的潜力,与合成填料相比具有显著的成本效益。香蕉是世界上消耗量第二大的粮食作物,每年消耗量超过1亿吨。除了直接食用外,香蕉还用于制造果酱、酒精和其他食品与饮料。佛手柑通常用于生产果汁和榨油,其主要商业用途之一是精油。此外,佛手柑果皮还用于动物饲料,果皮约占水果总重量的50-60%。每年都有大量来自香蕉和佛手柑加工的果皮被浪费掉了。


两种水果均来自巴西的一家超市,并使用烤箱干燥工艺制备。对干燥的果皮进行湿分析和灰分分析。作者研究了将两种水果的果皮以三种不同的比例(5%、10%和15%)添加到硬质聚氨酯泡沫中。


掺入制备的聚氨酯生物泡沫中后,进行了FT-IR、形态学测试、热稳定性分析、吸水率分析和抗压强度测试,以确定材料样品的特征。此外,还进行了统计分析。


研究结果




FT-IR和湿化学分析证实了填料与聚氨酯的高度化学相容性,SEM分析显示了填料的充分分布。佛手柑果皮在与聚氨酯基质的兼容性方面优于香蕉皮。填料类型和含量仅对所制备样品的颜色、表观密度、吸湿性和抗压强度特性有轻微影响。

与纯硬质聚氨酯泡沫相比,加入生物填料的样品展现出热稳定性增加了114%,气泡大小增加了80%。加入15%的佛手柑皮作为填料显示出优异的效果,成核机制促进了椭圆气泡成型。然而,观察到填料与硬质聚氨酯泡沫塑料交界面强度较低,并发现气泡边缘破裂。


作者表示,未来的研究将需要更深入地了解这些生物填料对聚氨酯泡沫的尺寸稳定性和热导率的影响。






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