Treatments of Jute Fibers Aiming at Improvement of Fiber-phenolic Matrix Adhesion

Tratamientos de las fibras de yute para mejorar la adherencia de la matriz fibra-fenólica

Se prepararon y caracterizaron compuestos basados en una matriz fenólica termoestable y fibras de yute. Las fibras se trataron alternativamente con aire ionizado o solución alcalina acuosa (mercerización) con el fin de introducir cambios en la morfología, el componente dispersivo de la energía libre superficial, g_S^D (estimado por Cromatografía Inversa de Gases, CIG) y el carácter ácido/base de sus superficies, mostrado por su relación AN_s/DN_s (estimado por CIG), y su grado de cristalinidad. El objetivo final era investigar la influencia de estas modificaciones en la adhesión en la interfaz fibra de yute/matriz fenólica en los compuestos. La fibra de yute sin tratar presentaba una cristalinidad del 50%, g_S^D=18 mJ m-2 y AN_s/DN_s= 0,9 (superficie anfótera), una resistencia a la tracción = 460 MPa y un alargamiento máximo = 0,7%, mientras que el compuesto respectivo tenía una resistencia al impacto de 72,6 J m-1. 

Los tratamientos modificaron positivamente las fibras y la adhesión en la interfaz fue mejor en los compuestos reforzados con fibras tratadas que con fibras no tratadas. El mejor conjunto de resultados lo mostró la fibra tratada con NaOH al 10% [46% de cristalinidad, g_S^D = 26 J m-2 (matriz fenólica g_S^D = 32 J m-2), AN_s/DN_s = 1,8 (superficie predominantemente ácida, similar a la matriz fenólica, AN_s/DN_s = 1,4), resistencia a la tracción de aproximadamente 900 MPa, alargamiento máximo = 2%, resistencia al impacto del compuesto respectivo de aproximadamente 95 J m-1)]. Las fibras tratadas durante 5 h con aire ionizado mostraron propiedades favorables [(45% de cristalinidad, g_S ^D = 27 J m-2, AN_s/DN_s = 2,1 (superficie ácida)] para su uso posterior como refuerzo de una matriz fenólica, pero su degradación parcial durante el tratamiento disminuyó sus propiedades de tracción (395 MPa y 0,5% para la resistencia a la tracción y el alargamiento máximo, respectivamente) y su acción como refuerzo (resistencia al impacto del compuesto respectivo aproximadamente 73 J m-1).

INTRODUCCIÓN

Reportamos la preparación y caracterización de compuestos basados en una matriz fenólica termoestable y fibras de yute. Durante dos etapas en la preparación de estos compuestos termoestables, a saber, la impregnación de las fibras con el pre-polímero y los pasos iniciales de curado, el proceso de interdifusión depende de la correlación entre la energía cohesiva del pre-polímero y la energía superficial de la fibra, entre otros factores. En lo que respecta a los pre-polímeros fenólicos y las fibras lignocelulósicas, la presencia de dominios de baja polaridad y no polar, así como de grupos polares, tanto en el pre-polímero como en las fibras, puede facilitar el proceso de impregnación y el desarrollo de interacciones favorables entre ellos. Sin embargo, las interacciones matriz-fibra podrían intensificarse aún más, por ejemplo, mediante el tratamiento de la superficie de las fibras. En estudios previos, hemos informado sobre modificaciones químicas de la superficie de las fibras lignocelulósicas utilizando alcoholes furfurílicos y polifurfurílicos, así como utilizando ligninas hidroximetiladas.