Sisal cellulose whiskers reinforced polyvinyl acetate nanocomposites

Abstract

Sisal nanowhiskers were used as novel reinforcement to obtain nanocomposites with polyvinyl acetate (PVAc) as matrix phase. They are seen as attractive materials due to the widespread availability and low cost of the sisal source material. Statistical analysis of the sisal whisker length and diameter resulted in average values of 250 nm and 4 nm, respectively, resulting in an average aspect ratio in the upper range of reported cellulose nanowhisker values. The high aspect ratio ensures percolation, with resulting mechanical improvements and thermal stability, at lower fiber loads. Water uptake and thermal behaviour of the sisal whisker -PAVc composites were studied. Whisker addition was found to stabilize the nanocomposites with no benefit seen when increasing the whisker content beyond the percolation threshold: For all whisker contents studied above percolation, the water uptake stays constant, and the Tg does not vary with whisker content at a given relative humidity. The water diffusion rate however increases due to water accumulation at the whisker -PVAc interface. Below whisker percolation, stabilization is only noticed at low relative humidity, whereas high humidity results in disruption of whisker -PVAc interactions. This work shows the potential of cellulose nanowhiskers to stabilize polar polymers even at high humidity conditions with minimal reinforcement addition.

Stress-Transfer in Anisotropic and Environmentally Adaptive Cellulose Whisker Nanocomposites

“…In fact, one can correlate this with the drastic change in macroscopic mechanical behavior of these nanocomposites (specifically the tensile storage modulus) that was observed in our previous investigations upon exposing these samples to water (vide supra). 4,12a In another study, de Rodriguez et al 28 reported the water uptake activity in sisal whisker/PVAc composite films. Absorbed water molecules were reported to accumulate in three regions within the cellulose nanocomposites, namely, within the PVAc matrix, between whiskers, and at the polymer-whisker interface.…”

Resíduos de sisal como reforço em compósitos de polipropileno virgem e reciclado

“…Os compósitos poliméricos contendo fibras naturais têm recebido grande atenção por parte dos pesquisadores e das indústrias aeroespacial e automotiva, além de serem usados em aplicações militares e construção civil entre outras aplicações [3,8,20,21] . Fibras vegetais como juta, sisal, coco, kenaf e abacaxi têm sido utilizadas como reforço em matrizes poliméricas.…”

“…No entanto, há vários trabalhos na literatura que avaliam o reforço de fibras celulósicas em diversos tipos de matrizes poliméricas com objetivo de melhorar o desempenho mecânico e/ou compensarem possíveis degradações de compósitos poliméricos [3][4][5][6][7][8][9][10] . As fibras vegetais são abundantes, não-tóxicas, de baixo custo, de baixa densidade, não são abrasivas e, portanto, não desgastam os equipamentos, assim como provêm de fontes renováveis.…”

“…Fernandes e Domingues analisaram-se as propriedades mecânicas de misturas de PP virgem e reciclado, em três porcentagens diferentes, por meio de ensaios de tração axial e de impacto Charpy. Esses pesquisadores concluiram que porcentagens de reciclado acima de 30% causam deterioração das propriedades mecânicas do produto [2] .No entanto, há vários trabalhos na literatura que avaliam o reforço de fibras celulósicas em diversos tipos de matrizes poliméricas com objetivo de melhorar o desempenho mecânico e/ou compensarem possíveis degradações de compósitos poliméricos [3][4][5][6][7][8][9][10] . As fibras vegetais são abundantes, não-tóxicas, de baixo custo, de baixa densidade, não são abrasivas e, portanto, não desgastam os equipamentos, assim como provêm de fontes renováveis.…”

Whiskers de fibra de sisal obtidos sob diferentes condições de hidrólise ácida: efeito do tempo e da temperatura de extração

“…Os primeiros estudos envolvendo a obtenção de whiskers de sisal foram realizados por De Rodrigues et al [7] em 2006. Neste estudo os whiskers foram obtidos após o branqueamento da fibra de sisal empregando-se uma pré-mercerização seguida do uso de reagente clorito de sódio (NaClO 2 ).…”