Výzkum strukturních a užitných vlastností biopolymerních směsí PLA/PHA s kávovou sedlinou

Bc. Jiří Hložek

Master's thesis

Abstract:

Diplomová práce se zabývá jednou z modifikací kyseliny poly(L-mléčné) (PLLA) s převládající amorfní strukturou, a to mísením se semikrystalickým biopolymerem polyhydroxybutyrátvalerátem (PHBV), jenž disponuje vysokou schopností krystalizace. Z připravených směsí byly následně přidáním částicového plniva na bázi kávové sedliny vyrobeny materiálové struktury v podobě vstřikovaných zkušebních těles. V experimentální části jsou zkoumány užitné a strukturní vlastnosti vyrobených materiálových struktur. Předmětem výzkumu užitných vlastností byl především vliv PHBV na stupeň krystalinity směsí a jeho promítnutí se do tvarové stálosti za vysokých teplot výsledných materiálových struktur. Zvýšení teploty měknutí za vysokých teploty se však projevilo pouze u směsí s 50 hmot. % PHBV, kde nastal nárůst o necelých 13 % v porovnání s čistou PLLA. Vstřikovaná zkušební tělesa byla také podrobena statickým a dynamickým mechanickým zkouškám. V poslední části je pomocí termické analýzy zhodnocen vliv kávové sedliny na výslednou nadmolekulární strukturu a kinetiku krystalizace směsí. Výsledky vykazují, že schopnost krystalizace a její rychlost je vlivem nukleačního účinku kávové sedliny pozitivně ovlivněna pouze u čistého materiálu Luminy L130. Schopnost a rychlost krystalizace materiálu vyznačujícím se vysokou viskozitou v oblasti primární krystalizace (Luminy LX175) nebyla přidáním kávové sedliny ovlivněna. Naopak u materiálu PHI002 dochází vlivem kávové sedliny, která u něho pravděpodobně zabraňuje konformačním dějům, ke snížení schopnosti a rychlosti krystalizace.

Abstract:

The master thesis deals with one of the modifications of poly(L-lactic acid) (PLLA) with predominantly amorphous structure, namely blending with semicrystalline biopolymer polyhydroxybutyrate valerate (PHBV), which has high crystallization ability. From the produced mixtures, material structures in the form of injection moulded test bodies were subsequently fabricated by adding a coffee grounds based particulate filler. In the experimental part, the performance and structural properties of the fabricated material structures are investigated. The subject of the investigation of the utility properties was mainly the effect of PHBV on the degree of crystallinity of the blends, and its translation into the shape stability at high temperatures of the resulting material structures. However, the increase in the high temperature softening temperature was only evident for blends with 50 wt.% PHBV, where an increase of less than 13 % occurred compared to pure PLLA. The injected test bodies were also subjected to static and dynamic mechanical tests. In the last part, the effect of coffee grounds on the resulting supramolecular structure and crystallization kinetics of the blends is evaluated by thermal analysis. The results show that the crystallization ability and its rate is positively affected by the nucleation effect of coffee grounds only for the pure Luminy L130 material. The ability and rate of crystallization of the material characterized by high viscosity in the primary crystallization region (Luminy LX175) was not affected by the effect of coffee grounds. On the other hand, the ability and rate of crystallisation of PHI002 is reduced due to the coffee grounds, which probably inhibit conformational processes.

Keywords

biopolymery, PLLA, PHBV, odpadní částicové plnivo, kávová sedlina, biopolymerní směs, materiálové struktury, biokompozity

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 5. 2023

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Luboš Běhálek, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Master programme / field:
Polymers and Composites Technology / Technologie plastů a kompozitů