Biopolymerní kompozitní fólie PLA s částicovým plnivem na bázi kávové sedliny

Bc. Jan Novák

Master's thesis

Abstract:

Diplomová práce se zabývá materiálovým a aplikačním výzkumem biopolymerních kompozitů na bázi kávové sedliny a kyseliny poly(L-mléčné) při výrobě fólií pro obalový průmysl. Vzhledem k předpokládané aplikaci kompozitu je k jeho přípravě použito také organické změkčovadlo acetyl tributyl citrát, které optimalizuje tahové vlastnosti polymeru. Vlastnosti a struktura biokompozitů jsou z aplikačního hlediska posuzovány také v průběhu umělého atmosférického stárnutí, které má za následek dodatečnou krystalizaci materiálu, jež se odráží v užitných vlastnostech fólií. Během studia fyzikálních a strukturních vlastností bylo zjištěno, že kávová sedlina v polymerní matrici kyseliny poly(L-mléčné) zvyšuje její tažnost, vnitřní tlumení, stupeň krystalinity, nukleační hustotu a rychlost krystalizace, a to i při vyšších rychlostech chlazení. Pro kompatibilizaci částicového plniva a polymerní matrice je studována technika reaktivní extruze anhydridu kyseliny itakonové s kyselinou poly(L-mléčnou). Kombinace roubovaného kopolymeru, kávové sedliny a změkčovadla, vedla k synergickému účinku s pozitivní změnou nadmolekulární struktury, vnitřního tlumení a celkové tažnosti kompozitní fólie. Experimentální studie se dále zabývá tepelnou degradací kompozitu, která se přítomností kávové sedliny urychluje. Využitím kompatibilizátoru anhydridu kyseliny itakonové došlo k potlačení nežádoucí chemické reakce s esterovými skupinami kyseliny poly(L-mléčné), kterou jiná kompatibilizační činidla způsobují.

Abstract:

The diploma thesis deals with the material and application research of biopolymer composites based on coffee grounds and poly(L-lactic acid) in the production of films for the packaging industry. Due to the intended application of the composite, the organic plasticizer acetyl tributyl citrate is also used for its preparation to optimize the tensile properties of the polymer. The properties and structure of the biocomposites are also evaluated from an application point of view during artificial atmospheric ageing, which results in additional crystallization of the material, which is reflected in the performance properties of the films. During the study of the physical and structural properties, it was found that the coffee grounds in the poly(L-lactic acid) polymer matrix increases its ductility, internal damping, degree of crystallinity, nucleation density and crystallization rate, even at higher cooling rates. The reactive extrusion of itaconic anhydride with poly(L-lactic acid) is studied for the compatibilization of particulate filler and polymer matrix. The combination of graft copolymer, coffee grounds, and plasticizer led to a synergistic effect that positively influenced the supramolecular structure, internal damping, and overall ductility of the composite film. The experimental study further addresses the thermal degradation of the composite, which is accelerated by the presence of coffee grounds. The use of the itaconic anhydride compatibilizer suppressed the undesirable chemical reaction with the ester groups of poly(L-lactic acid) that other compatibilizing agents cause.

Keywords

PLLA, kávová sedlina, biokompozity, změkčovadlo, anhydrid kyseliny itakonové, reaktivní extruze, klimatické stárnutí

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 6. 2021

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