Incorporation of Carbon Nanofillers Tunes Mechanical and Electrical Percolation in PHBV:PLA Blends

دمج الحشوات النانوية الكربونية يضبط التخلل الميكانيكي والكهربائي في مخاليط PHBV:PLA

Clicks: 256
ID: 22917
2018
Free PDF
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Steady

Ranked #126 of 250 articles by views in Polymers

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale. Only the 120 most-read articles are drawn; the journal has 250 in total.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Sign in to mint
Abstract
Biobased fillers, such as bio-derived cellulose, lignin byproducts, and biochar, can be used to modify the thermal, mechanical, and electrical properties of polymer composites. Biochar (BioC), in particular, is of interest for enhancing thermal and electrical conductivities in composites, and can potentially serve as a bio-derived graphitic carbon alternative for certain composite applications. In this work, we investigate a blended biopolymer system: poly(lactic acid) (PLA)/poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV), and addition of carbon black (CB), a commonly used functional filler as a comparison for Kraft lignin-derived BioC. We present calculations and experimental results for phase-separation and nanofiller phase affinity in this system, indicating that the CB localizes in the PHBV phase of the immiscible PHBV:PLA blends. The addition of BioC led to a deleterious reaction with the biopolymers, as indicated by blend morphology, differential scanning calorimetry showing significant melting peak reduction for the PLA phase, and a reduction in melt viscosity. For the CB nanofilled composites, electrical conductivity and dynamic mechanical analysis supported the ability to use phase separation in these blends to tune the percolation of mechanical and electrical properties, with a minimum percolation threshold found for the 80:20 blends of 1.6 wt.% CB. At 2% BioC (approximately the percolation threshold for CB), the 80:20 BioC nanocomposites had a resistance of 3.43 × 10 8 Ω as compared to 2.99 × 10 8 Ω for the CB, indicating that BioC could potentially perform comparably to CB as a conductive nanofiller if the processing challenges can be overcome for higher BioC loadings.
يمكن استخدام المواد المالئة ذات الأساس الحيوي، مثل السليلوز المشتق حيوياً، والمنتجات الثانوية للغنين، والفحم الحيوي، لتعديل الخواص الحرارية والميكانيكية والكهربائية لمتراكبات البوليمر. ويحظى الفحم الحيوي (BioC)، على وجه الخصوص، باهتمام بالغ لتعزيز الموصلية الحرارية والكهربائية في المتراكبات، كما يمكن أن يكون بديلاً كربونياً جرافيتياً مشتقاً حيوياً لتطبيقات متراكبة معينة. نبحث في هذا العمل نظام مزيج بوليمري حيوي مكون من: بولي (حمض اللاكتيك) (PLA)/بولي (هيدروكسي بوتيرات-co-هيدروكسي فاليرات) (PHBV)، مع إضافة أسود الكربون (CB)، وهو مادة مالئة وظيفية شائعة الاستخدام، لمقارنتها بالفحم الحيوي (BioC) المشتق من لغنين كرافت (Kraft lignin). ونقدم حسابات ونتائج تجريبية لانفصال الأطوار والألفة الطورية للمادة المالئة النانوية في هذا النظام، مما يوضح أن أسود الكربون يتموضع في طور الـ PHBV داخل مخاليط PHBV:PLA غير القابلة للامتزاج. أدت إضافة الفحم الحيوي (BioC) إلى حدوث تفاعل ضار مع البوليمرات الحيوية، كما دلّت على ذلك مورفولوجيا المزيج، وقياس السعر الحراري بالمسح التفاضلي الذي أظهر انخفاضاً ملحوظاً في قمة انصهار طور الـ PLA، فضلاً عن انخفاض في لزوجة المصهور. وبالنسبة للمتراكبات المدعمة بأسود الكربون النانوي، دعمت قياسات الموصلية الكهربائية والتحليل الميكانيكي الديناميكي إمكانية استخدام انفصال الأطوار في هذه الخلائط لضبط ترشيح الخواص الميكانيكية والكهربائية، حيث سُجلت أدنى عتبة ترشيح لأمزجة 80:20 عند 1.6% بالوزن من أسود الكربون. وعند نسبة 2% من الفحم الحيوي (وهي تقريباً عتبة الترشيح لأسود الكربون)، بلغت مقاومة متراكبات الفحم الحيوي النانوية بنسبة 80:20 قيمة 3.43 × 10 8 Ω مقارنة بـ 2.99 × 10 8 Ω لأسود الكربون، مما يشير إلى أن الفحم الحيوي يمكن أن يضاهي أداء أسود الكربون بوصفه مادة مالئة نانوية موصلة، في حال أمكن التغلب على صعوبات المعالجة عند نسب التحميل الأعلى من الفحم الحيوي.
Reference Key
arroyo2018incorporationpolymers Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Jesse Arroyo, Cecily Ryan
Are you one of these authors? Claim your profile
Journal Polymers
Year 2018
DOI
DOI not found
URL
https://www.mdpi.com/2073-4360/10/12/1371
Keywords Keywords not found

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

Comments

No comments yet. Be the first to comment on this article.