Bio-Based Polyurethane Composites and Hybrid Composites Containing a New Type of Bio-Polyol and Addition of Natural and Synthetic Fibers - Publikacja - MOST Wiedzy


Bio-Based Polyurethane Composites and Hybrid Composites Containing a New Type of Bio-Polyol and Addition of Natural and Synthetic Fibers


This article describes how new bio-based polyol during the liquefaction process can be obtained. Selected polyol was tested in the production of polyurethane resins. Moreover, this research describes the process of manufacturing polyurethane materials and the impact of two different types of fibers—synthetic and natural (glass and sisal fibers)—on the properties of composites. The best properties were achieved at a reaction temperature of 150 °C and a time of 6 h. The hydroxyl number of bio-based polyol was 475 mg KOH/g. Composites were obtained by hot pressing for 15 minutes at 100 °C and under a pressure of 10 MPa. Conducted researches show the improvement of flexural strength, impact strength, hardness, an increase of storage modulus of obtained materials, and an increase of glass transition temperature of hard segments with an increasing amount of fibers. SEM analysis determined better adhesion of sisal fiber to the matrix and presence of cracks, holes, and voids inside the structure of composites.


  • 1 2


  • 1 2

    Web of Science

  • 1 1


Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 29 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Creative Commons: CC-BY otwiera się w nowej karcie

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Publikacja w czasopiśmie
artykuły w czasopismach
Opublikowano w:
Materials nr 13, strony 1 - 21,
ISSN: 1996-1944
Rok wydania:
Opis bibliograficzny:
Olszewski A., Kosmela P., Mielewczyk-Gryń A., Piszczyk Ł.: Bio-Based Polyurethane Composites and Hybrid Composites Containing a New Type of Bio-Polyol and Addition of Natural and Synthetic Fibers// Materials -Vol. 13,iss. 9 (2020), s.1-21
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/ma13092028
Bibliografia: test
  1. Kosmela, P.; Kazimierski, P.; Formela, K.; Haponiuk, J.; Piszczyk, Ł. Liquefaction of macroalgae Enteromorpha biomass for the preparation of biopolyols by using crude glycerol. J. Ind. Eng. Chem. 2017, 56, 399-406. doi:10.1016/j.jiec.2017.07.037. otwiera się w nowej karcie
  2. Ma, R.; Li, W.; Huang, M.; Feng, M.; Liu, X. The reinforcing effects of dendritic short carbon fibers for rigid polyurethane composites. Compos. Sci. Technol. 2019, 170, 128-134. doi:10.1016/j.compscitech.2018.11.047. otwiera się w nowej karcie
  3. Bledzki, A.K.; Gassan, J. Composites reinforced with cellulose based fibers. Prog. Polym. Sci. 1999, 24, 221- 274. doi:10.1016/S0079-6700(98)00018-5. otwiera się w nowej karcie
  4. Rahman, R.; Putra, S.Z. Tensile properties of natural and synthetic fiber-reinforced polymer composites. In Mechanical and Physical Testing of Biocomposites, Fibre-Reinforced Composites and Hybrid Composites; otwiera się w nowej karcie
  5. Woodhead Publishing: Cambridge, UK, 2019. doi:10.1016/b978-0-08-102292-4.00005-9. otwiera się w nowej karcie
  6. Li, S.; Vatanparast, R.; Lemmetyinen, H. Cross-linking kinetics and swelling behavior of aliphatic polyurethane. Polymer 2000, 41, 5571-5576. doi:10.1016/S0032-3861(99)00785-5. otwiera się w nowej karcie
  7. Atiqah, A.; Jawaid, M.; Sapuan, S.M.; Ishak, M.R.; Alothman, O.Y. Thermal properties of sugar palm/glass fiber reinforced thermoplastic polyurethane hybrid composites. Compos. Struct. 2018, 202, 954-958. doi:10.1016/j.compstruct.2018.05.009. otwiera się w nowej karcie
  8. Sheehan, J.E. Oxidation protection for carbon fiber composites. Carbon 1989, 27, 709-715. doi:10.1016/0008- 6223(89)90204-2. otwiera się w nowej karcie
  9. Zhao, Q.; Tan, S.; Xie, M.; Liu, Y.; Yi, J. A study on the CNTs-Ag composites prepared based on spark plasma sintering and improved electroless plating assisted by ultrasonic spray atomization. J. Alloy. Compd. 2018, 737, 31-38. doi:10.1016/j.jallcom.2017.12.066. otwiera się w nowej karcie
  10. Okabe, T.; Takeda, N. Size effect on tensile strength of unidirectional CFRP composites experiment and simulation. Compos. Sci. Technol. 2002, 62, 2053-2064. doi:10.1016/S0266-3538(02)00146-X. otwiera się w nowej karcie
  11. Indra Reddy, M.; Prasad Varma, U.R.; Ajit Kumar, I.; Manikanth, V.; Kumar Raju, P.V. Comparative Evaluation on Mechanical Properties of Jute, Pineapple leaf fiber and Glass fiber Reinforced Composites with Polyester and Epoxy Resin Matrices. Mater. Today Proc. 2018, 5, 5649-5654. doi:10.1016/j.matpr.2017.12.158. otwiera się w nowej karcie
  12. Meng, L.; Li, W.; Ma, R.; Huang, M.; Wang, J.; Luo, Y.; Wang, J.; Xia, K. Long UHMWPE fibers reinforced rigid polyurethane composites: An investigation in mechanical properties. Eur. Polym. J. 2018, 105, 55-60. doi:10.1016/j.eurpolymj.2018.05.021. otwiera się w nowej karcie
  13. Selke, S.E.; Wichman, I. Wood fiber/polyolefin composites. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. 2004, 35, 321- 326. doi:10.1016/j.compositesa.2003.09.010. otwiera się w nowej karcie
  14. Thakur, V.K.; Thakur, M.K.; Gupta, R.K. Review: Raw Natural Fiber-Based Polymer Composites. Int. J. Polym. Anal. Charact. 2014, 19, 256-271. doi:10.1080/1023666X.2014.880016. otwiera się w nowej karcie
  15. Šebenik, U.; Krajnc, M. Influence of the soft segment length and content on the synthesis and properties of isocyanate-terminated urethane prepolymers. Int. J. Adhes. Adhes. 2007, 27, 527-535. doi:10.1016/j.ijadhadh.2006.10.001. otwiera się w nowej karcie
  16. Westman, M.P.; Fifield, L.S.; Simmons, K.L.; Laddha, S.; Kafentzis, T.A. Natural Fiber Composites: A Review; otwiera się w nowej karcie
  17. Pacific Northwest National Lab. (PNNL): Richland, WA, USA, 2010. doi:10.2172/989448. otwiera się w nowej karcie
  18. Senthilkumar, K.; Saba, N.; Rajini, N.; Chandrasekar, M.; Jawaid, M.; Siengchin, S.; Alotman, O.Y. Mechanical properties evaluation of sisal fibre reinforced polymer composites: A review. Constr. Build. Mater. 2018, 174, 713-729. doi:10.1016/j.conbuildmat.2018.04.143. otwiera się w nowej karcie
  19. Staiger, M.; Tucker, N. Natural-fibre composites in structural applications. Prop. Perform. Nat. -Fibre Compos. 269-300. doi:10.1533/9781845694593.2.269. otwiera się w nowej karcie
  20. Franck, R.R. Bast and Other Plant Fibres; CRC Press: 2005; pp. 228-273. doi:10.1533/9781845690618.228. otwiera się w nowej karcie
  21. Datta, J.; Parcheta, P.; Surówka, J. Softwood-lignin/natural rubber composites containing novel plasticizing agent: Preparation and characterization. Ind. Crop. Prod. 2017, 95, 675-685. doi:10.1016/j.indcrop.2016.11.036. otwiera się w nowej karcie
  22. Datta, J.; Kasprzyk, P.; Błażek, K.; Włoch, M. Synthesis, structure and properties of poly(ester-urethane)s obtained using bio-based and petrochemical 1,3-propanediol and 1,4-butanediol. J. Therm. Anal. Calorim. 2017, 130, 261-276. doi:10.1007/s10973-017-6558-z. otwiera się w nowej karcie
  23. Janiszewska, D.; Frąckowiak, I.; Mytko, K. Exploitation of liquefied wood waste for binding recycled wood particleboards. Holzforschung 2016, 70, 1135-1138. doi:10.1515/hf-2016-0043. otwiera się w nowej karcie
  24. Hejna, A.; Kosmela, P.; Klein, M.; Gosz, K.; Formela, K.; Haponiuk, J.Ó.; Piszczyk, Ł. Rheological properties, oxidative and thermal stability, and potential application of biopolyols prepared via two-step process from crude glycerol. Polym. Degrad. Stab. 2018. doi:10.1016/j. polymdegradstab.2018.03.022. otwiera się w nowej karcie
  25. Kosmela, P.; Hejna, A.; Formela, K.; Haponiuk, J.T.; Piszczyk, Ł. Biopolyols obtained via crude glycerol- based liquefaction of cellulose: Their structural, rheological and thermal characterization. Cellulose 2016, 23, 2929-2942. doi:10.1007/s10570-016-1034-7. otwiera się w nowej karcie
  26. Venkatesh, D.; Jaisankar, V. Synthesis and characterization of bio-polyurethanes prepared using certain bio-based polyols. Mater. Today Proc. 2019, 14, 482-491. doi:10.1016/j.matpr.2019.04.171. otwiera się w nowej karcie
  27. Jiang, W.; Kumar, A.; Adamopoulos, S. Liquefaction of lignocellulosic materials and its applications in wood adhesives-A review. Ind. Crop. Prod. 2018, 124, 325-342. doi:10.1016/j.indcrop.2018.07.053. otwiera się w nowej karcie
  28. Akhtar, J.; Amin, N.A.S. A review on process conditions for optimum bio-oil yield in hydrothermal liquefaction of biomass. Renew. Sustain. Energy Rev. 2011, 15, 1615-1624. doi:10.1016/j.rser.2010.11.054. otwiera się w nowej karcie
  29. Huang, H.; Yuan, X. Recent progress in the direct liquefaction of typical biomass. Prog. Energy Combust. Sci. 2015, 49, 59-80. doi:10.1016/j.pecs.2015.01.003. otwiera się w nowej karcie
  30. Dimitriadis, A.; Bezergianni, S. Hydrothermal liquefaction of various biomass and waste feedstocks for biocrude production: A state of the art review. Renew. Sustain. Energy Rev. 2017, 68, 113-125. doi:10.1016/j.rser.2016.09.120. otwiera się w nowej karcie
  31. Głowińska, E.; Datta, J. A mathematical model of rheological behavior of novel bio-based isocyanate- terminated polyurethane prepolymers. Ind. Crop. Prod. 2014, 60, 123-129. doi:10.1016/j.indcrop.2014.06.016. otwiera się w nowej karcie
  32. Hu, S.; Li, Y. Two-step sequential liquefaction of lignocellulosic biomass by crude glycerol for the production of polyols and polyurethane foams. Bioresour. Technol. 2014, 161, 410-415. doi:10.1016/j.biortech.2014.03.072. otwiera się w nowej karcie
  33. Kosmela, P.; Gosz, K.; Kazimierski, P.; Hejna, A.; Haponiuk, J.T.; Piszczyk, Ł. Chemical structures, rheological and physical properties of biopolyols prepared via solvothermal liquefaction of Enteromorpha and Zostera marina biomass. Cellulose 2019. doi:10.1007/s10570-019-02540-8. otwiera się w nowej karcie
  34. Budarin, V.L.; Clark, J.H.; Lanigan, B.A.; Shuttleworth, P.; Macquarrie, D.J. Microwave assisted decomposition of cellulose: A new thermochemical route for biomass exploitation. Bioresour. Technol. 2010, 101, 3776-3779. doi:10.1016/j.biortech.2009.12.110. otwiera się w nowej karcie
  35. Ertaş, M.; Fidan, M.S.; Alma, M.H. Preparation and characterization of biodegradable rigid polyurethane foams from the liquefied eucalyptus and pine woods. Wood Res. 2014, 59, 97-108.
  36. Bandekar, J.; Klima, S. FT-IR spectroscopic studies of polyurethanes Part I. Bonding between urethane, COC groups and the NH groups. J. Mol. Struct. 1991, 263, 45-57. doi:10.1016/0022-2860(91)80054-8. otwiera się w nowej karcie
  37. Dun, M.; Hao, J.; Wang, W.; Wang, G.; Cheng, H. Sisal fiber reinforced high density polyethylene pre-preg for potential application in filament winding. Compos. Part B 2018. doi: doi:10.1016/j.compositesb.2018.09.090. otwiera się w nowej karcie
  38. Xie, Q.; Li, F.; Li, J.; Wang, L.; Li, Y.; Zhang, C.; Chen, S. A new biodegradable sisal fiber-starch packing composite with nest structure. Carbohydr. Polym. 2018, 189, 56-64. doi:10.1016/j.carbpol.2018.01.063. otwiera się w nowej karcie
  39. Mohan, T.P.; Kanny, K. Chemical treatment of sisal fiber using alkali and clay method. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. 2012, 43, 1989-1998. doi:10.1016/j.compositesa.2012.07.012. otwiera się w nowej karcie
  40. Ciolacu, D.; Ciolacu, F.; Popa, V.I. Amorphous cellulose: Structure and characterization. Cellul. Chem. Technol. 2011, 45, 13-21. otwiera się w nowej karcie
  41. Wirpsza, Z. Poliuretany: Chemia, Technologia, Zastosowanie; Wydawnictwa Naukowo-Techniczne: Warszawa, Poland, 1991; pp. 340-349.
  42. Amico, S.C.; Angrizani, C.C.; Drummond, M.L. Influence of the Stacking Sequence on the Mechanical Properties of Glass/Sisal Hybrid Composites. J. Reinf. Plast. Compos. 2008, 29, 179-189. doi:10.1177/0731684408096430. otwiera się w nowej karcie
  43. Paiva Júnior, C.; de Carvalho, L.; Fonseca, V.; Monteiro, S.; d' Almeida, J.R. Analysis of the tensile strength of polyester/hybrid ramie-cotton fabric composites. Polym. Test. 2004, 23, 131-135. doi:10.1016/s0142- 9418(03)00071-0. otwiera się w nowej karcie
  44. Lv, M.; Wang, L.; Liu, J.; Kong, F.; Ling, A.; Wang, T.; Wang, Q. Surface energy, hardness, and tribological properties of carbon-fiber/polytetrafluoroethylene composites modified by proton irradiation. Tribol. Int. 2019, 132, 237-243. doi:10.1016/j.triboint.2018.12.028. otwiera się w nowej karcie
  45. Gupta, N.V.; Rao, K.S. An Experimental Study on Sisal/Hemp Fiber Reinforced Hybrid Composites. Mater. Today Proc. 2018, 5, 7383-7387. doi:10.1016/j.matpr.2017.11.408. otwiera się w nowej karcie
  46. Jawaid, M.; Abdul Khalil HP, S.; Alattas, O.S. Woven hybrid biocomposites: Dynamic mechanical and thermal properties. Compos. Part A: Appl. Sci. Manuf. 2012, 43, 288-293. doi:10.1016/j.compositesa.2011.11.001. otwiera się w nowej karcie
  47. Pothan, L.A.; George, C.N.; John, M.J.; Thomas, S. Dynamic Mechanical and Dielectric Behavior of Banana- Glass Hybrid Fiber Reinforced Polyester Composites. J. Reinf. Plast. Compos. 2009, 29, 1131-1145. doi:10.1177/0731684409103075. otwiera się w nowej karcie
Źródła finansowania:
  • Projekt; Publikacje 2020 Wydział Chemiczny
Politechnika Gdańska

wyświetlono 53 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi