Characterization of water absorption properties of a partial bio-composite made from cotton stalk fibres and phenol formaldehyde resin

Abstract:

Cotton stalks are a by-product of cotton farming and about two to three tonnes of cotton stalks are generated per hectare of land farmed. In this research, fibres extracted from waste cotton stalks using natural retting and decortication were used to fabricate a biocomposite. Normally, these wastes are disposed of on the farmland through incineration thus polluting the air through emission of harmful greenhouse gases. In accordance with sustainable development goals, there is a need to sustainably manage forests and combat desertification which can be better achieved through intensification and greater use of agricultural by-products. This can be achieved by using waste cotton stalks to make fibreboards as a replacement material for some solid wood applications. Cotton stalks are agricultural waste generated after cotton harvesting and tend to harbour parasites such as the pink bollworm and destructive polyphagous mealybug when left on farmland. Hand layup technique was used to fabricate the partial bio-composite. The cotton stalk fibre mass fraction (Mf) varied across five levels between 10.96% – 38.11%. The fabricated composite was subjected to water absorption tests which was carried out at intervals of 2, 4 and 24 hours. Regression analysis was carried out using Minitab software to ascertain effect of varying fibre content on water absorption. Composite density was maintained between 644 - 1004 kg/cm3. The water absorption varied from 64.94% to 94.97% increasing with fibre loading due to the hydrophilic nature of the cellulosic cotton stalk fibres for the first two hours of the composites being submerged in water thereafter followed by a period of very slow and consistent water uptake. The developed composite compared well to standards and proved to have suitable properties that give it potential end uses in partition boards, and for furniture applications.

Les tiges de coton sont un sous-produit de la culture du coton et environ deux à trois tonnes de tiges de coton sont produites par hectare de terres de coton. Dans cette recherche, les fibres extraites des déchets de tiges de coton par rouissage naturel et décorticage ont été utilisées pour fabriquer un bio-composite. Normalement, ces déchets sont éliminés des terres agricoles par incinération polluant ainsi l’air à travers l’émission de gaz à effet serres. Conformément aux objectifs de développement durable, il faut promouvoir une gestion durable des forêts et lutter contre la désertification ce qui passerait par l’intensification et une plus grande utilisation des sous-produits agricoles. L’utilisation des déchets de tiges de coton pour fabriquer des panneaux en fibres comme matériau de remplacement pour certaines applications en bois massif répond bien à cette exigence. Les tiges de coton sont des déchets issus de la récolte du coton et ont tendance à abriter des parasites tels que le ver rose du cotonnier et la cochenille lorsqu’ils sont laissés sur le champ. La technique de drapage à la main a été utilisée pour fabriquer le bio-composite. La fraction de masse de fibres de tige de coton (Mf) a varié de 10,96% à 38,11% entre cinq niveaux. Le composite fabriqué a été soumis à des tests d’absorption d’eau qui ont été effectués à des intervalles de 2, 4 et 24 heures. L’analyse de régression a été réalisée en utilisant le logiciel Minitab pour déterminer l’effet de la variation de la teneur en fibres sur l’absorption d’eau. La densité composite a été maintenue entre 644-1004 kg / cm3. L’absorption d’eau variait de 64,94% à 94,97% augmentant avec la charge de fibres en raison de la nature hydrophile des fibres cellulosiques des tiges du coton, pendant les deux premières heures de l’immersion des composites dans l’eau, et suivie d’une période d’absorption d’eau très lente et constante. Le composite développé est conforme aux standards et a des propriétés appropriées qui offrent de potentiel de produits finaux dans la partition des tableaux et la fabrication de meubles.

Language:

English

Date of publication:

2016

Country:

Zimbabwe

Region Focus:

Southern Africa

Author/Editor(s):

Nkosilathi Nkomo, Z.

Londiwe Nkiwane, C.

Njuguna, D.