Small-size Jatropha Seed Biochar Extracted from Microwave Pyrolysis: Optimization of Its Biocomposites Mechanical Properties by Mixture Design

Abstract

Microwave pyrolysis of finely ground jatropha seed biochar was used as bio-filler to develop biocomposites. Effects influencing the mechanical properties of the biocomposites were investigated based on varied material ratio. Ratios by percentage of weight were determined by Doptimal (custom) mixture design using the Stat Ease "Design Expert". The mechanical properties, such as tensile strength, modulus of elasticity, and microhardness, were the dependent variables (response). Bio-filler content was optimised to attain the overall best mechanical properties for the biocomposites. The optimized biocomposite that showcased good tensile strength, modulus of elasticity, and microhardness biocomposite ratio's predicted mechanical properties mean values were tensile strength (9.53 MPa), modulus of elasticity (0.730 GPa), and microhardness (20.4 HV) for polylactic acid and biofiller mixture; and tensile strength (7.92 MPa), modulus of elasticity (0.668 GPa), and microhardness (18.7 HV) for polylactic acid, biofiller, and poly(ethylene-alt-maleic anhydride) mixture. Models generated by the mixture design showcased some degree of noise and error present; however, the outcome through the optimization step was generally reliable for predicting the mechanical properties. Additional data gathered through experimental testing and replicates could improve the reliability of the model. Микроволновый пиролиз тонко измельченного biochar семян ятрофы использовали в качестве бионаполнителя для разработки биокомпозитов. Эффекты, влияющие на механические свойства биокомпозитов, были исследованы на основе различного соотношения материалов. Соотношения в процентах по весу определялись методом Doptimal (заказной) смеси с использованием программы Stat Ease «Design Expert». Механические свойства, такие как прочность на разрыв, модуль упругости и микротвердость, были зависимыми переменными (отклик). Содержание бионаполнителя было оптимизировано для достижения наилучших механических свойств биокомпозитов. Оптимизированный биокомпозит, который продемонстрировал хорошую прочность на разрыв, модуль упругости и соотношение прогнозируемых механических свойств микротвердости, представлял собой прочность на разрыв (9,53 МПа), модуль упругости (0,730 ГПа) и микротвердость (20,4 HV) для смеси полимолочной кислоты и бионаполнителя. ; прочность на разрыв (7,92 МПа), модуль упругости (0,668 ГПа) и микротвердость (18,7 HV) для смеси полимолочной кислоты, бионаполнителя и поли (этилен-альт-малеиновый ангидрид). Модели, созданные при составлении смеси, продемонстрировали некоторую степень присутствия шума и ошибок; однако результат этапа оптимизации в целом был надежным для прогнозирования механических свойств. Дополнительные данные, собранные путем экспериментального тестирования и повторений, могут повысить надежность модели.