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影响粘度的因素的研究杯子内层从原始国产生物树脂进行加固的香蕉皮
- *通信:
- Mwesigwa RMoi大学埃尔多雷特,肯尼亚,电子邮件: (电子邮件保护)
收到:2016年6月2日;接受:2016年6月25日;发表:2016年6月30日
引用:Mwesigwa R, Mwasiagi霁,Nzila C, et al .粘度影响因素的研究杯子内层从原始国产生物树脂进行加固的香蕉皮。Res牧师石油。2016;7 (2):101。
文摘
每年超过3000万吨的香蕉皮被丢弃在世界范围内,导致处理通过燃烧对环境不友好。强大的政府支持环境保护和增加危险焚烧排放的直接研究环保材料。因此,本研究的目的是研究利用香蕉皮,一个案例研究粘度影响因素的杯子内层从原始香蕉皮国产生物树脂进行加固。皮洗净,煮浓。效应的温度、时间、树脂、甘油和水的杯子内层粘度进行了研究通过使用比率在生物树脂进行加固通用旋转设计和回归分析。二阶多项式回归方程对粘度和展出R2值的95.03%。根据获得的结果在这个研究论文,树脂数量是最有影响力的因素对所需的粘度杯子内层贡献41%的生物树脂进行加固的回归模型。其他因素包括含水率(20%)、甘油比例(18.6%)等。杯子内层有一个发达生物树脂进行加固优化粘度242.01 mPa的响应值。229.6 mPa的年代置信区间范围内。254.5 mPa.s年代。这个粘度值是在近距离现有商业树脂等玉米杯子内层和合成脲醛用于玉米淀粉生物树脂进行加固钢筋bio-composites发展。
关键字
生香蕉皮;杯子内层,香蕉皮生物树脂进行加固粘度;通用旋转设计;回归分析
介绍
香蕉植物生产超过135个国家和地区的热带和亚热带(1]。全球粮食作物,香蕉植物丰富的秸秆难以处理的销毁。每年超过3000万吨的香蕉皮被丢弃在世界范围内,主要通过燃烧处理,是对环境不友好的2]。强大的政府支持环境保护,增加危险焚烧排放和增加农业资源的利用率的新型“绿色”材料生产的原因增加公共利益在材料来自可再生能源的发展3]。四年级成熟香蕉皮被用于生产生物塑料与一个潜在的用于绝缘和化妆品假肢(4]。因此,香蕉皮有可能转换成热塑性bio-resins合适的粘度要求顺利地与其他商业合成树脂解释力有限。热塑性材料包括聚丙烯、聚乙烯、polyetherethrketone和聚乙烯醇目前主导的树脂复合材料的发展。酚醛、环氧树脂和聚酯是常用热固性树脂(5]。然而,对生物材料的需求与良好的属性是由一个范式转换,即从传统的聚合物bio-polymer材料。开发的一个新的可降解环氧树脂CHS-Epoxy G520 Spolchemie有限(捷克共和国)被发现生产bio-composites汽车仪表板应用程序具有更好的强度特性比合成环氧复合材料(6]。
Bio-resins不同淀粉的来源包括土豆、玉米玉米和小麦也被研究过,用于bio-composites发展(7]。不幸的是,这些淀粉来源是全球食品。然而,生香蕉水果拥有约20%淀粉而成熟的香蕉淀粉含量在11%到13%之间。1级绿色香蕉皮拥有3%的淀粉,这样可以减少至1%到2% 4年级成熟香蕉皮(8,9]。因此,生香蕉皮作为秸秆具有淀粉含量比熟皮销毁。根据缎(10淀粉),有两个主要组件:直链淀粉和支链淀粉。这些组件是非常不同的结构,线性和支链淀粉高度支直链淀粉。
粘度、剪切强度、凝胶化、纹理、溶解度、粘着性、凝胶稳定性、冷肿胀和retro-gradation淀粉直链淀粉与支链淀粉比的函数。高直链淀粉含量百分比因此,表明高粘度值。尽管支链淀粉的分子量很高,它的固有粘度非常低因为它的广泛支化分子结构(11,12]。粘度是最重要的技术特征在聚合物材料的加工技术。这是唯一牛顿液体材料的参数用于表征(13]。做了研究可降解树脂的性质(3,14,15]。但是,没有文学存在的各种因素对粘度的影响bio-resins从原始的香蕉皮。
实验
杯子内层。香蕉皮生物树脂进行加固的发展
三公斤的生香蕉皮从Naguru获得市场(乌干达首都坎帕拉)。皮洗净,煮熟,冷却后,水被丢弃。皮之后切成小块,放入一个电动搅拌机和蓉获得香蕉皮液粘贴。每500克生香蕉皮,250毫升的水被添加,便于研磨。这些测量选择基于切碎香蕉皮的数量可以放进搅拌机。五个窝的液体粘贴获得被存储在一个五加仑的容器进行测试。液体膏治疗与不同比例的甘油由Desbro乌干达有限。比其他增塑剂甘油是首选,因为它是一个副产品浪费材料在生物燃料行业,避免脆性,增加灵活性的最后bio-product [16,17]。
描述的杯子内层。香蕉皮生物树脂进行加固
烤箱、粘度计测量气缸和玻璃容器树脂特性是从乌干达工业研究所获得的。各种树脂、甘油和水的比例混合在玻璃容器的直径85毫米和200毫升填充体积。烤箱设定不同温度是用于准备试样在不同的时间间隔。粘基本+旋转粘度计(VBCR 320810)超过八个旋转速度和一组七纺锤波所示图1被雇佣。样品的粘度决定根据ASTM标准D2196-05 (mPa.s)以恒定的速度每分钟100转。
图1:杯子内层描述旋转粘度计对生物树脂进行加固。
表1下面还显示了各种常用商业树脂粘度在全球复合材料的发展。有需要对比现有的合成和bio-resins杯子内层从原始香蕉皮和国产生物树脂进行加固的粘度。
| 矩阵/树脂 | 粘度(mPa.s) | 参考 |
|---|---|---|
| 热固性材料 | ||
| 环氧@ 25°C | 25000 - 45000 | [18] |
| 绿色环氧@ 25°C | 8000 - 14500 | [19] |
| 聚酯 | 3000年 | [20] |
| 酚醛 | 500 - 40000 | [21] |
| 热塑性塑料 | ||
| 脲醛 | 300 - 450 | [22] |
| 聚丙烯 | - - - - - - | [20] |
| 聚乙烯醇 | 65000年 | (20、22) |
| 玉米淀粉 | 250 - 1000 | (20、22) |
| 木薯@ 113°C | 500 - 1000 | (20、22) |
表1:共同商业树脂的粘度特性。
实验设计的杯子内层。香蕉皮生物树脂进行加固
先前的研究表明,现代设计的实验中,回归分析和优化各种反应可通过电脑软件程序包括Matlab、SAS设计专家,蒙特卡洛斯和一款统计软件6,23- - - - - -25]。
因此,使用Minitab 17.0.1下实验设计、响应面设计被认为是。然而,中央复合一半畅通可旋转设计优于behnken和其他一些因素和优化实验设计,因为所需的一种新的实验方法(26]。根据实验的设计显示在设计一款统计软件17日5因素5水平用来产生32个实验运行。
三个复制被认为是获得更广泛的样本容量为更好的验证和分析因此共有96个实验。每次运行进行了粘度计和三倍的平均粘度记录。表2代表之间的关系因素和水平作为输入数据。阿尔法(α)的2被用在这个实验来计算实际值实验。
| 因素 | 水平 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| -α | 低 | 媒介 | 高 | +α | ||
| 编码 | 2 | 1 | 0 | 1 | 2 | |
| 温度(°C) | X1 | 25 | 40 | 60 | 80年 | One hundred. |
| 时间(分钟) | X2 | 20. | 30. | 40 | 50 | 60 |
| 树脂(mls) | X3 | 20. | 40 | 60 | 80年 | One hundred. |
| 甘油(mls) | X4 | 0 | 10 | 15 | 20. | 25 |
| 水(mls) | X5 | 0 | 10 | 15 | 20. | 25 |
表2:因素和水平之间的关系。
这个实验设计是用于确定粘度产生基于线性曲线和交互使用多元回归分析各种因素的影响。几个因素的影响在给定收益率(s)在实验设计中可以使用回归模型,研究行之有效的统计工具(27,28]。二阶多项式回归方程被用来适应以下模型,Y =粘度,b0 =常数,b1 b20 =系数和X1X5=因素。
Y = b0+ b1X1+ b2X2+ b3X3+ b4X4 + b5X5 + b6X12 + b7X22 + b8X32 + b9X42 + b10X52 + b11X1X2 + b12X1X3 + b13X1X4 + b14X1X5 + b15X2X3 + b16X2X4 + b17X2X5 + b18X3X4 + b19X3X5 + b20X4X5 (1)
结果
实验数据分析杯子内层。香蕉皮生物树脂进行加固
Minitab 17.0.1下从实验设计,实验因素5水平的数据表包含96实验得到运行,用于数据收集。各种测试样本进行不同比率的温度、时间、树脂、甘油和水作为输入来研究它们对粘度的影响(Y)的杯子内层。国产生物树脂进行加固这是指出,每个组合产生了不同粘度的结果。收集的数据作为一个数据表导入到Minitab 17.0.1进行分析。在多元回归分析,标准化数据的影响。逐步回归过程也受雇于添加条款在回归保持层次模型在每一个步骤。方差分析(假定值)和方差通胀因素,以确保检查和确认模型准确性。多元回归模型的杯子内层。粘度产生的生物树脂进行加固根据多元回归模型,96点的样本数据是精确的估计模型的强度。没有不寻常的数据点对结果有很强的影响。此外,正常测试了超过15的数据点。残差正态概率图的粘度图2下面显示了正态分布的数据点。
图2:残差正态概率图的粘度。
粘度的预测和优化杯子内层。香蕉皮生物树脂进行加固
根据粘度(Y)模型总结报告,模型强度表现出R2值的95.03%。这意味着95.03%的粘度产生的差异可以解释的模型下图:
Y = 203.4 - -1.689 x1 - 6.514 - x2 + 3.168 X3 + 0.74 x4 - 3.146 - 0.00786 x5 + x12 + 0.0511将- 0.00990 - x32 - 0.0877 - 0.04300×+ x1×x2 - 0.02205 - x1×X3 (2)
根据表3方差分析的统计数据显示,一般的p值(0.0001)模型获得低于5% (P < 0.05)。因此,模型被认为是重要的。此外,假定值为个人因素、曲线和交互作用显示,所有的值都小于0.05因此重要的模型中。
| 源 | 方差分析(假定值) | 因素的贡献(%) | VIF |
|---|---|---|---|
| 回归 | 0.000 | 95.03 | |
| X1 | 0.000 | 3.96 | 1.21 |
| X2 | 0.024 | 1.17 | 1.35 |
| X3 | 0.000 | 41.04 | 1.38 |
| X4 | 0.000 | 18.61 | 1.66 |
| X5 | 0.000 | 20.00 | 2.77 |
| X1×X1 | 0.016 | 0.61 | 1.55 |
| X2×X2 | 0.000 | 2.07 | 1.56 |
| X3×X3 | 0.001 | 0.65 | 1.43 |
| X4×X4 | 0.022 | 0.04 | 2.81 |
| X1×X2 | 0.000 | 2.32 | 3.29 |
| X1×X3 | 0.000 | 4.54 | 1.36 |
| 错误 | 4.97 | ||
| Lack-of-Fit | 0.000 | 4.4 | |
| 纯粹的错误 | 0.57 | ||
| 总 | 100.00 |
表3:稳态最优参数连续通过固定化surfactin生产细胞的枯草芽孢杆菌。*
百分比贡献的各种因素也提出,树脂量对模型贡献41%的比例最高,水量的20%,甘油量的18.6%。温度和时间的贡献分别为4%和1.2%。温度曲线显示和交互影响互动与树脂(X1×X3)4.5%的比例更高的回归模型相对于其他的影响。方差膨胀因子证明没有multi-colinearity变量中,曲线和交互影响。这是因为所有的值了表3低于5。发达的回归模型被用来设计一个预测和优化报告粘度发达杯子内层。香蕉皮生物树脂进行加固我们的目标是最大化杯子内层。粘度产生的生物树脂进行加固最优设置粘度最大化(表4),前五名替代方案最接近最优设置(表5最优解),灵敏度分析(图3)获得。
图3:设置和灵敏度为最优解。
| 目标:最大化粘度 | 解决方案:最佳设置 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 预测粘度 | 242.01 | X1 | 25 | X4 | 4.30 |
| 95%可信区间 | (229.50,254.52) | X2 | 20. | X5 | 0 |
| 95%π | (217.55,266.77) | X3 | One hundred. | ||
表4:预测和优化报告。
| X1 | X2 | X3 | X4 | X5 | 预测粘度 |
|---|---|---|---|---|---|
| 25 | 20. | One hundred. | 0 | 0 | 240.468 |
| One hundred. | 60 | One hundred. | 0 | 0 | 161.611 |
| 40 | 50 | 80年 | 20. | 10 | 104.262 |
| 60 | 60 | 60 | 15 | 15 | 97.554 |
| 25 | 40 | 60 | 15 | 15 | 95.822 |
表5:替代方案:接近最优值的设置。
这是观察到的表4和5最佳设置需要获得这个杯子内层,香蕉皮生物树脂进行加固的最大粘度242.01 mPa。年代提出了与五大预言的替代品。的选择可以考虑在现实情况下的最优设置并不实用。从预测模型生成的,很明显,树脂数量(X3)对模型的贡献比例最高的。图。3,这也证明了这一点,增加X3导致了粘度(Y)的增加。
图。3进一步表明,甘油量(X4)有积极影响粘度(Y)的最优水平超出了其运作法律收益递减的负面影响。温度(X1(X),时间2(X)和水5)都有粘性产生的负面影响。
讨论
考虑粘度特性的一个重要因素的杯子内层是由Stabik J[香蕉皮生物树脂进行加固29日)表示,粘度是最重要的技术特征在聚合物材料的加工技术用于牛顿液体材料的表征。结果表明,温度的增加会导致粘度下降。这很可能是因为温度增加了动力能源树脂分子因此增加流动性和流动。杯子内层分子一起是削弱了分子间作用力握着生物树脂进行加固增加温度从而降低粘度。这符合研究玉米淀粉胶粘剂的制备及性能,粘度增加,温度下降。此外,增加时间与渐进的温升对粘度的贡献不断减少。然而,结果也表明了,杯子内层浓度粘度增加而增加生物树脂进行加固。这是由于直链淀粉和支链淀粉比杯子内层。在生物树脂进行加固杯子内层浓度意味着高水平的直链淀粉含量高的生物树脂进行加固,负责高粘度水平淀粉化合物。这是在协议与30.)表示,尽管支链淀粉的分子量很高,它的固有粘度非常低因为它的广泛支链和直链淀粉分子结构。香蕉是淀粉来源相对高直链淀粉含量为20.7%所指出YaNez et al。8]。甘油比例是指出增加粘度杯子内层到一个最佳的生物树脂进行加固的降低粘度值。根据Curvelo et al。31日)和Wattanakornsiri et al。32),甘油含量20%到40%或20%到35%的范围没有添加水粘度有积极影响包括提高合成复合材料的强度和韧性。然而进一步增加不利影响降低粘度就是明证结果在图。3。这也证实了格拉夫et al。33),他说,增塑剂一般低摩尔质量、高沸点和展览低粘度和低粘度的温度系数因此能降低树脂粘度。除了水的杯子内层杯子内层粘度也能减少生物树脂进行加固由于进入生物树脂进行加固低粘度的水分子因此降低粘度的杯子内层。随之而来的生物树脂进行加固
这个分析的目的是最大化粘度收益率因此最佳设置了最大粘度242.01 mPa。年代(0.242 horsham)杯子内层从原始香蕉皮国产生物树脂进行加固。95%可信区间(CI) 229.6 mPa的极限。年代到254.5 mPa。建立了。同样,在95%预测区间(PI)粘度范围也决定在217.55 mPa。年代,和266.77 mPa.s。这是由于高粘度有关树脂力学性能更好。最大化的大多数商业树脂粘度的证明了这一点,包括最近开发可生物降解环氧树脂(CHS-Epoxy G520: 12000 mPa。14500年代mPa.s),有高粘度值(6]。然而,获得粘度接近一些商业树脂等玉米玉米淀粉(250 mPa。年代1000 mPa.s)和尿素(300 mPa。450年代mPa.s)目前用于复合材料开发22,34]。因此,杯子内层有潜力用于bio-composites生产香蕉皮生物树脂进行加固。
结论
生杯子内层了香蕉皮生物树脂进行加固,并使用统计模型的特点。回归模型粘度展出一个R2价值的95.03%,一个最佳粘度值242.01 mPa。年代被记录。粘度值接近现有的商用树脂包括尿素、和玉米玉米淀粉。
百分比贡献的各种因素表明,树脂量对模型贡献41%的比例最高,水量的20%,甘油量的18.6%。温度和时间的贡献分别为4%和1.2%。
确认
我们感谢美国金融援助扩展到欧盟委员会通过的流动性加强培训非洲的工程专业毕业生(METEGA),而本研究工作将不承担。
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