Биодобавки на основе коллагена в полимерных композиционных материалах

Автор: Балданов Алдар Батомункуевич, Бохоева Любовь Александровна, Шалбуев Дмитрий Валерьевич, Тумурова Туяна Булатовна

Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild

Рубрика: Издание новых функциональных материалов

Статья в выпуске: 2 т.14, 2022 года.

Бесплатный доступ

Введение. Полимерные композиционные материалы (ПКМ) на основе эпоксидных смол получают широкое распространение в строительной индустрии. Известно их использование в пролетных строениях мостов, плитах проезжей части, тротуарных настилах, арматуре для армирования бетонных конструкций, оболочек, для усиления существующих металлических и железобетонных сооружений; в малонагруженных конструкциях. Для улучшения эксплуатационных характеристик ПКМ используются различные наполнители микро- и наноразмеров. Межфазное взаимодействие между наполнителем и полимерной матрицей играет важную роль в определении прочности создаваемых композиционных материалов. Методы и материалы. В статье исследованы свойства ПКМ с наполнителем матрицы - биодобавками на основе коллагена, получаемого из твердых органосодержащих отходов предприятий кожевенной промышленности. Разработан принципиально новый способ получения биоактивного коллагенового продукта по относительно низкой цене, описанный в патенте RU № 2272808. Проведены исследования образцов из ПКМ на растяжение при добавлении сухого порошка коллагена в эпоксидное связующее. Сделан анализ срезов образцов, проведенных на растровом электронном микроскопе JSM-6510LVJE0L, изучены изменения структуры ПКМ с наполнителями. Результаты. При добавлении 1% коллагена в матрицу ПКМ происходит увеличение количества химических элементов: углерода (С) на 2,93%, кислорода (О) на 1,61%, магния (Mg) на 0,11%. Также уменьшаются количество микропор на 4,9% на поверхности матрицы и их размеры, которые служат концентратором напряжений. Результаты испытаний на растяжение показали, что при добавлении 1% коллагена в матрицу ПКМ несущая способность образцов увеличивается на 15,57%. Результаты, полученные в данной работе, могут привести к расширению областей применения коллагена, уменьшению отходов в кожевенном производстве за счет рециклизации. Выводы и заключение. Разработан принципиально новый способ получения биоактивного коллагенового продукта из твердых органосодержащих отходов предприятий кожевенной промышленности по относительно низкой цене. Установлено, что биоактивный коллагеновый продукт в виде порошка имеет низкую себестоимость и может применяться в качестве биодобавки в ПКМ.

Еще

Коллаген, биодобавка, полимерный композиционный материал, испытание, образцы, прочность

Короткий адрес: https://readera.org/142234140

IDR: 142234140

Список литературы Биодобавки на основе коллагена в полимерных композиционных материалах

  • Chawla K.K. Composite materials science and engineering. Composites. 1989, 20 (3). DOI: 10.1016/0010-4361(89)90346-7.
  • Chajes M.J., Thomson T.A., Januszka T.F., and Finch W.W. Flexural strengthening of concrete beams using externally bonded composite materials. Construction and Building Materials. 1994; 8(3): 191–201. DOI: 10.1016/S0950-0618(09)90034-4.
  • Kustikova Y.O. Application FRP-rebar in the Manufacture of Reinforced Concrete Structures. Procedia Engineering. 2016; 153: 361–365. DOI: 10.1016/J.PROENG.2016.08.128.
  • Tinkov D.V., and Safonov A.A. Design optimization of truss bridge structures of composite materials. Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2017; 46(1): 46–52. DOI: 10.3103/S1052618817010149.
  • Fang H., Bai Y., Liu W., Qi Y. and Wang J. Connections and structural applications of fibre reinforced polymer composites for civil infrastructure in aggressive environments. Composites Part B: Engineering. 2019; 164: 129–143. DOI: 10.1016/J.COMPOSITESB.2018.11.047.
  • Pokrovskii A.M., Chermoshentseva A.S., Bokhoeva L.A. Evaluation of crack resistance of a compressed composite plate with initial delamination. Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2021; 50(5): 446–454.
  • Bonnaud L., Pascault J.P., Sautereau H., Zhao J.Q., and Jia D.M. Effect of reinforcing glass fibers on morphology and properties of thermoplastic modified epoxy-aromatic diamine matrix. Polymer Composites. 2004; 25(4). DOI: 10.1002/pc.20030.
  • Awang Ngah S., and Taylor A.C. Fracture behaviour of rubber- and silica nanoparticle-toughened glass fibre composites under static and fatigue loading. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018, 109. DOI: 10.1016/j.compositesa.2018.02.028.
  • Бохоева Л.А., Балданов А.Б., Рогов В.Е., Чермошенцева А.С., Амин Т. Влияние добавления нано-порошков на прочность многослойных композитных материалов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87, № 8. С. 42–50. DOI: https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-8-42-50
  • Chermoshentseva A.S., Pokrovskiy A.M., Bokhoeva L.A., Baldanov A.B., Rogov V.E. Influence of modification by nanodispersed powders on layered composite aerospace hulls and protective shields. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Novosibirsk, 2019. P. 012178.
  • 11.Abdrakhmanova L.A., Khozin V.G., Nizamov R.K. Nanomodification of epoxy binders. Nanotechnologies in Construction. 2019; 11(6): 686–695. DOI: 10.15828/2075-8545-2019-11-6-686-695.
  • Manjunath M., Renukappa N.M., and Suresha B. Influence of micro and nanofillers on mechanical properties of pultruded unidirectional glass fiber reinforced epoxy composite systems. Journal of Composite Materials. 2016; 50(8). DOI: 10.1177/0021998315588623.
  • Sprenger S. Improving mechanical properties of fiber-reinforced composites based on epoxy resins containing industrial surface-modified silica nanoparticles: Review and outlook. Journal of Composite Materials. 2015; 49(1): 53–63. DOI: 10.1177/0021998313514260.
  • Uddin M. F., and Sun C. T. Strength of unidirectional glass/epoxy composite with silica nanoparticle-enhanced matrix. Composites Science and Technology. 2008; 68(7–8). DOI: 10.1016/j.compscitech.2008.02.026.
  • Vaganova T.A., Brusentseva T.A., Filippov A.A., and Malykhin E.V. Synthesis and characterization of epoxyanhydride polymers modified by polyfluoroaromaticoligoimides. Journal of Polymer Research. 2014; 21(11). DOI: 10.1007/s10965-014-0588-z.
  • Sprenger S. Improving mechanical properties of fiber-reinforced composites based on epoxy resins containing industrial surface-modified silica nanoparticles: Review and outlook. Journal of Composite Materials. 2015; 49(1). DOI: 10.1177/0021998313514260.
  • Metal oxides account for 80% of the nanopowder market. Available at: http://www.abercade.ru/research/analysis/3974.html. [Accessed 01 December 2010].
  • Lotfi A., Li H., Dao D.V., Prusty G. Natural fiber–reinforced composites: A review on material, manufacturing, and machinability. Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2021; 34(2). DOI: 10.1177/0892705719844546.
  • Zhao X. et al. Applications of Biocompatible Scaffold Materials in Stem Cell-Based Cartilage Tissue Engineering. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2021; 9. DOI: 10.3389/fbioe.2021.603444.
  • Silvipriya K.S., Krishna Kumar K., Bhat A.R., Dinesh Kumar B., John A., Lakshmanan P. Collagen: Animal sources and biomedical application. Journal of Applied Pharmaceutical Science. 2015; 5(3). DOI: 10.7324/JAPS.2015.50322.
  • Trempe J.P. Molecular biology of the cell. 3rd edition. Trends in Endocrinology & Metabolism. 1995; 6(9–10). DOI: 10.1016/1043-2760(95)90011-x.
  • Minihan S. Principles of biochemistry. Biochemical Education. 1983; 11(1). DOI: 10.1016/0307-4412(83)90020-1.
  • Патент РФ 2715639, МПК C14C 1/00, A23J 1/10, C07K 14/78. Способ получения биоактивного коллагенового продукта / Шалбуев Д.В., Тумурова Т.Б.; заявитель и патентообладатель ООО МИП «ЭКОМ». № 2019121295, 04.07.2019; опубл. 02.03. 2020. Бюл. № 7. 6 с.
  • Патент РФ 2322249, МПК А61К35/32, А61К35/36, А61К38/39. Способ получения коллагена из биологического материала / Анфимов П.Е., Краснова Н.С.; заявитель и патентообладатель «Нижегородский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию». № 2006138769/15; заявл. 02.11.2006; опубл. 20.04.2008. Бюл. № 11. 2 с.
Еще
Статья научная