Study on the Structure-Property Dependences of Rigid PUR-PIR Foams Obtained from Marine Biomass-Based Biopolyol - Publikacja - MOST Wiedzy


Study on the Structure-Property Dependences of Rigid PUR-PIR Foams Obtained from Marine Biomass-Based Biopolyol


The paper describes the preparation and characterization of rigid polyurethane-polyisocyanurate (PUR-PIR) foams obtained with biopolyol synthesized in the process of liquefaction of biomass from the Baltic Sea. The obtained foams differed in the content of biopolyol in polyol mixture (0–30 wt%) and the isocyanate index (IISO = 200, 250, and 300). The prepared foams were characterized in terms of processing parameters (processing times, synthesis temperature), physical (sol fraction content, apparent density) and chemical structure (Fourier transform infrared spectroscopy), microstructure (computer microtomography), as well as mechanical (compressive strength, dynamic mechanical analysis), and thermal properties (thermogravimetric analysis, thermal conductivity coefficient). The influence of biopolyol and IISO content on the above properties was determined. The addition of up to 30 wt% of biopolyol increased the reactivity of the polyol mixture, and the obtained foams showed enhanced mechanical, thermal, and insulating properties compared to foams prepared solely with petrochemical polyol. The addition of up to 30 wt% of biopolyol did not significantly affect the chemical structure and average cell size. With the increase in IISO, a slight decrease in processing times and mechanical properties was observed. As expected, foams with higher IISO exhibited a higher relative concentration of polyisocyanurate groups in their chemical structure, which was confirmed using principal component analysis (PCA).


  • 1 3


  • 1 1

    Web of Science

  • 1 2


Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 9 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 - 22,
ISSN: 1996-1944
Rok wydania:
Opis bibliograficzny:
Kosmela P., Hejna A., Suchorzewski J., Piszczyk Ł., Haponiuk J.: Study on the Structure-Property Dependences of Rigid PUR-PIR Foams Obtained from Marine Biomass-Based Biopolyol// Materials -Vol. 13,iss. 5 (2020), s.1-22
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/ma13051257
Bibliografia: test
  1. Plaza, M.; Cifuentes, A.; Ibanez, E. In the search of new functional food ingrediens from algae. Trends Food Sci. Technol. 2008, 19, 31-39. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  2. Wells, M.L.; Potin, P.; Craigie, J.S.; Raven, J.A.; Merchant, S.S.; Helliwell, K.; Smith, A.G.; Camire, M.E.; Brawley, S.H. Algae as nutritional and functional food sources: Revisiting our understanding. Environ. Boil. Fishes 2016, 29, 949-982. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  3. Priyadarshani, I.; Rath, B. Commercial and industrial applications of micro algae-A review. J. Algal Biomass Util. 2012, 3, 89-100.
  4. Ariede, M.B.; Candido, T.M.; Jacome, A.L.M.; Velasco, M.V.R.; De Carvalho, J.C.M.; Baby, A.R. Cosmetic attributes of algae-A review. Algal Res. 2017, 25, 483-487. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  5. Ishikawa, C.; Tafuku, S.; Kadekaru, T.; Sawada, S.; Tomita, M.; Okudaira, T.; Nakazato, T.; Toda, T.; Uchihara, J.N.; Taira, N.; et al. Anti-adult T-cell leukemia effects of brown algae fucoxanthin and its deacetylated product, fucoxanthinol. Int. J. Cancer 2008, 123, 2702-2712. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  6. Jung, H.A.; Jin, S.E.; Ahn, B.R.; Lee, C.M.; Choi, J.S. Anti-inflammatory activity of edible brown alga Eisenia bicyclis and its constituents fucosterol and phlorotannins in LPS-stimulated RAW264.7 macrophages. Food Chem. Toxicol. 2013, 59, 199-206. [CrossRef] Materials 2020, 13, 1257 otwiera się w nowej karcie
  7. Park, M.-K.; Jung, U.; Roh, C. Fucoidan from Marine Brown Algae Inhibits Lipid Accumulation. Mar. Drugs 2011, 9, 1359-1367. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  8. Li, Y.; Lee, S.-H.; Le, Q.-T.; Kim, M.-M.; Kim, S.-K. Anti-allergic Effects of Phlorotannins on Histamine Release via Binding Inhibition between IgE and FcεRI. J. Agric. Food Chem. 2008, 56, 12073-12080. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  9. Mata, T.; Martins, A.; Caetano, N. Microalgae for biodiesel production and other applications: A review. Renew. Sustain. Energy Rev. 2010, 14, 217-232. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  10. Rowley, J.A.; Madlambayan, G.; Mooney, D.J. Alginate hydrogels as synthetic extracellular matrix materials. Biomaterials 1999, 20, 45-53. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  11. Hassan, M.M.; Mueller, M.; Wagners, M.H. Exploratory study on seaweed as novel filler in polypropylene composite. J. Appl. Polym. Sci. 2008, 109, 1242-1247. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  12. Na Sim, I.; Han, S.O.; Seo, Y.B. Dynamic mechanical and thermal properties of red algae fiber reinforced poly(lactic acid) biocomposites. Macromol. Res. 2010, 18, 489-495. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  13. Luan, L.; Wu, W.; Wagner, M.H. Rheological behavior of lubricating systems in polypropylene/seaweed composites. J. Appl. Polym. Sci. 2011, 121, 2143-2148. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  14. Jang, Y.H.; Han, S.O.; Na Sim, I.; Kim, H.-I. Pretreatment effects of seaweed on the thermal and mechanical properties of seaweed/polypropylene biocomposites. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. 2013, 47, 83-90. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  15. Oh, S.-T.; Kim, W.-R.; Kim, S.-H.; Chung, Y.-C.; Park, J. The preparation of polyurethane foam combined with pH-sensitive alginate/bentonite hydrogel for wound dressings. Fibers Polym. 2011, 12, 159-165. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  16. Yun, J.-K.; Yoo, H.-J.; Kim, H.-D. Preparation and properties of waterborne polyurethane-urea/sodium alginate blends for high water vapor permeable coating materials. J. Appl. Polym. Sci. 2007, 105, 1168-1176. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  17. Yuvarani, I.; Senthilkumar, S.; Venkatesan, J.; Kim, S.-K.; Al-Kheraif, A.A.; Anil, S.; Sudha, P.N. Chitosan Modified Alginate-Polyurethane Scaffold for Skeletal Muscle Tissue Engineering. J. Biomater. Tissue Eng. 2015, 5, 665-672. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  18. Chen, H.-B.; Shen, P.; Chen, M.-J.; Zhao, H.-B.; Schiraldi, D.A. Highly Efficient Flame Retardant Polyurethane Foam with Alginate/Clay Aerogel Coating. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 32557-32564. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  19. Patil, C.K.; Jirimali, H.D.; Paradeshi, J.S.; Chaudhari, B.; Alagi, P.; Hong, S.C.; Gite, V.V. Synthesis of biobased polyols using algae oil for multifunctional polyurethane coatings. Green Mater. 2018, 6, 165-177. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  20. Kadam, A.; Pawar, M.; Thamke, V.; Yemul, O. Polyester amide based polyurethane coatings from algae oil and their larvicidal, anti-ant properties. Prog. Org. Coat. 2017, 107, 43-47. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  21. Petrovic, Z.S.; Wan, X.; Bilić, O.; Zlatanić, A.; Hong, J.; Javni, I.; Ionescu, M.; Milic, J.; DeGruson, D. Polyols and Polyurethanes from Crude Algal Oil. J. Am. Oil Chem. Soc. 2013, 90, 1073-1078. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  22. Pawar, M.S.; Kadam, A.S.; Dawane, B.S.; Yemul, O.S. Synthesis and characterization of rigid polyurethane foams from algae oil using biobased chain extenders. Polym. Bull. 2015, 73, 727-741. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  23. Kosmela, P.; Gosz, K.; Kazimierski, P.; Hejna, A.; Haponiuk, J.T.; Skarżyński, Ł. Chemical structures, rheological and physical properties of biopolyols prepared via solvothermal liquefaction of Enteromorpha and Zostera marina biomass. Cellulose 2019, 26, 5893-5912. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  24. Hejna, A.; Kosmela, P.; Kirpluks, M.; Cabulis, U.; Klein, M.; Haponiuk, J.; Skarżyński, Ł. Structure, Mechanical, Thermal and Fire Behavior Assessments of Environmentally Friendly Crude Glycerol-Based Rigid Polyisocyanurate Foams. J. Polym. Environ. 2017, 26, 1854-1868. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  25. Hejna, A.; Kirpluks, M.; Kosmela, P.; Cabulis, U.; Haponiuk, J.; Skarżyński, Ł. The influence of crude glycerol and castor oil-based polyol on the structure and performance of rigid polyurethane-polyisocyanurate foams. Ind. Crop. Prod. 2017, 95, 113-125. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  26. Hejna, A.; Haponiuk, J.; Skarżyński, Ł.; Klein, M.; Formela, K. Performance properties of rigid polyurethane-polyisocyanurate/brewers' spent grain foamed composites as function of isocyanate index. e-Polymers 2017, 17, 427-437. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  27. Cellular Plastics and Rubbers. Determination of Apparent (Bulk) Density; PN-EN ISO 845-2000; Polish Committee for Standardization: Warsaw, Poland, 2000. otwiera się w nowej karcie
  28. Rigid Cellular Plastics: Determination of Compression Properties; otwiera się w nowej karcie
  29. EN ISO 844:2007; ISO International Standards: Geneva, Switzerland, 2007. otwiera się w nowej karcie
  30. Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus; otwiera się w nowej karcie
  31. ASTM C518; American Society of Testing and Materials C518: Montgomery, PA, USA, 2010. otwiera się w nowej karcie
  32. Skarżyński, Ł.; Tejchman, J. Experimental Investigations of Fracture Process in Concrete by Means of X-ray Micro-computed Tomography. Strain 2015, 52, 26-45. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  33. Suchorzewski, J.; Tejchman, J.; Nitka, M. Experimental and numerical investigations of concrete behaviour at meso-level during quasi-static splitting tension. Theor. Appl. Fract. Mech. 2018, 96, 720-739. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  34. Kosmela, P.; Hejna, A.; Formela, K.; Haponiuk, J.; Skarżyński, Ł. The Study on Application of Biopolyols Obtained by Cellulose Biomass Liquefaction Performed with Crude Glycerol for the Synthesis of Rigid Polyurethane Foams. J. Polym. Environ. 2017, 26, 2546-2554. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  35. Bykova, T.A.; Lebedev, B.V.; Kiparisova, E.G.; Tarasov, E.N.; Frenkel, T.M.; Pankratov, V.A.; Vinogradova, S.V.; Korshank, V.V. Thermodynamics of phenyl isocyanate, the process of its cyclotrimerization, and the triphenyl isocyanurate that is formed, in the 0-330 • K interval. Zhurnal Obs. Khimii 1985, 55, 2303-2308. otwiera się w nowej karcie
  36. Zhang, X.; Jeremic, D.; Kim, Y.; Street, J.; Shmulsky, R. Effects of Surface Functionalization of Lignin on Synthesis and Properties of Rigid Bio-Based Polyurethanes Foams. Polymers 2018, 10, 706. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  37. Mondal, P.; Khakhar, D. Rigid polyurethane-clay nanocomposite foams: Preparation and properties. J. Appl. Polym. Sci. 2006, 103, 2802-2809. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  38. Fan, H.; Tekeei, A.; Suppes, G.J.; Hsieh, F.-H. Rigid polyurethane foams made from high viscosity soy-polyols. J. Appl. Polym. Sci. 2012, 127, 1623-1629. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  39. Ciecierska, E.; Jurczyk-Kowalska, M.; Bazarnik, P.; Gloc, M.; Kulesza, M.; Kowalski, M.; Krauze, S.; Lewandowska, M. Flammability, mechanical properties and structure of rigid polyurethane foams with different types of carbon reinforcing materials. Compos. Struct. 2016, 140, 67-76. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  40. Szycher, M. Szycher's Handbook of Polyurethanes, 1st ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 1999. otwiera się w nowej karcie
  41. Glicksman, L.R. Heat transfer in foams. In Low Density Cellular Plastics; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 1994; pp. 104-152. otwiera się w nowej karcie
  42. Randall, D.; Lee, S. The Polyurethanes Boo;
  43. Kim, S.H.; Kim, B.K.; Lim, H. Effect of isocyanate index on the properties of rigid polyurethane foams blown by HFC 365mfc. Macromol. Res. 2008, 16, 467-472. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  44. Modesti, M.; Lorenzetti, A. An experimental method for evaluating isocyanate conversion and trimer formation in polyisocyanate-polyurethane foams. Eur. Polym. J. 2001, 37, 949-954. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  45. Kurańska, M.; Barczewski, M.; Uram, K.; Lewandowski, K.; Prociak, A.; Michałowski, S. Basalt waste management in the production of highly effective porous polyurethane composites for thermal insulating applications. Polym. Test. 2019, 76, 90-100. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  46. Barczewski, M.; Kurańska, M.; Sałasińska, K.; Michałowski, S.; Prociak, A.; Uram, K.; Lewandowski, K. Rigid polyurethane foams modified with thermoset polyester-glass fiber composite waste. Polym. Test. 2020, 81. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  47. Guo, H.; Gao, Q.; Ouyang, C.; Zheng, K.; Xu, W. Research on properties of rigid polyurethane foam with heteroaromatic and brominated benzyl polyols. J. Appl. Polym. Sci. 2015, 132. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  48. Shams, A.; Stark, A.; Hoogen, F.; Hegger, J.; Schneider, H. Innovative sandwich structures made of high performance concrete and foamed polyurethane. Compos. Struct. 2015, 121, 271-279. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  49. Javni, I.; Zhang, W.; Petrovic, Z.S. Soybean-Oil-Based Polyisocyanurate Rigid Foams. J. Polym. Environ. 2004, 12, 123-129. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  50. Vale, M.; Mateus, M.M.; Dos Santos, R.G.; De Castro, C.A.N.; De Schrijver, A.; Bordado, J.C.; Marques, A.C. Replacement of petroleum-derived diols by sustainable biopolyols in one component polyurethane foams. J. Clean. Prod. 2019, 212, 1036-1043. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  51. Somani, K.P.; Kansara, S.S.; Patel, N.K.; Rakshit, A.K. Castor oil based polyurethane adhesives for wood-to-wood bonding. Int. J. Adhes. Adhes. 2003, 23, 269-275. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  52. Zhang, L.; Zhang, M.; Zhou, Y.; Hu, L. The study of mechanical behavior and flame retardancy of castor oil phosphate-based rigid polyurethane foam composites containing expanded graphite and triethyl phosphate. Polym. Degrad. Stab. 2013, 98, 2784-2794. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  53. Sormana, J.-L.; Meredith, J.C. High-Throughput Discovery of Structure−Mechanical Property Relationships for Segmented Poly(urethane−urea)s. Macromolecules 2004, 37, 2186-2195. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  54. Fournier, D.; Du Prez, F. "Click" Chemistry as a Promising Tool for Side-Chain Functionalization of Polyurethanes. Macromolecules 2008, 41, 4622-4630. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  55. Samborska-Skowron, R.; Balas, A. Jakościowa identyfikacja pierścieni izocyjanurowych w elastomerach uretanowo-izocyjanurowych i w ich hydrolizatach. Polimery 2003, 48, 371-374. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  56. Jiao, L.; Xiao, H.; Wang, Q.; Sun, J. Thermal degradation characteristics of rigid polyurethane foam and the volatile products analysis with TG-FTIR-MS. Polym. Degrad. Stab. 2013, 98, 2687-2696. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  57. Pretsch, T.; Jakob, I.; Müller, W. Hydrolytic degradation and functional stability of a segmented shape memory poly(ester urethane). Polym. Degrad. Stab. 2009, 94, 61-73. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  58. Romero, R.R.; Grigsby, R.A.; Rister, E.L.; Pratt, J.K.; Ridgway, D. A Study of the Reaction Kinetics of Polyisocyanurate Foam Formulations using Real-time FTIR. J. Cell. Plast. 2005, 41, 339-359. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  59. Xu, Q.; Hong, T.; Zhou, Z.; Gao, J.; Xue, L. The effect of the trimerization catalyst on the thermal stability and the fire performance of the polyisocyanurate-polyurethane foam. Fire Mater. 2017, 42, 119-127. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  60. Yarahmadi, N.; Vega, A.; Jakubowicz, I. Accelerated ageing and degradation characteristics of rigid polyurethane foam. Polym. Degrad. Stab. 2017, 138, 192-200. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  61. © 2020 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license ( otwiera się w nowej karcie
Politechnika Gdańska

wyświetlono 35 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi