Výzkum aplikačních možností bio-kompozitních materiálů plněných nanokrystaly celulózy

Ing. Martin Borůvka

Doctoral thesis

Research of application possibilities of bio-composite materials filled with cellulose nanocrystals

Abstract:

Disertační práce se zabývá komplexním výzkumem přípravy, modifikace a zpracování bio-kompozitních systémů s využitím nanokrystalů celulózy (CNC). Jako primární matrice bio-kompozitů byl zvolen polylaktid (PLA), cenově dostupný biopolymer s dobrými mechanickými vlastnostmi, biokompatibilitou a biologickou rozložitelností, který je založený na přírodních a obnovitelných surovinách. Laboratorně byla provedena extrakce CNC s jejich následnou povrchovou modifikací a zpracováním nanokompozitů pomocí rozpouštědlových systémů. Dále byl výzkum zaměřen na technologické možnosti zvyšování dispergovatelnosti a distribuce sprejově vysušovaných aglomerátů CNC v PLA matrici pomocí tavných technologií. S cílem odstranit křehkost PLA matrice výzkum dále směřoval k aplikačnímu potenciálu synergického působení změkčovadel a CNC. Výzkum lehčených nanokompozitů na bázi mikrobuněčných struktur cílil na potenciální strukturní aplikace s využitím reaktivně modifikovaných nanohybridů na bázi PLA stereokomplexu a CNC. S cílem souběžně zvyšovat houževnatost a teplotní odolnost pak byly připraveny multifázové stereokomplexované PLA nanokompozity. Hodnocen byl především vliv přidaných aditiv na kinetiku krystalizace, morfologii a termo-mechanické vlastnosti připravených materiálových systémů.

Abstract:

The dissertation thesis deals with complex research of preparation, modification, and processing of bio-composite systems using nanocrystals of cellulose (CNC). Polylactide (PLA), an affordable biopolymer with good mechanical properties, biocompatibility, and biodegradability, based on natural and renewable raw materials, was chosen as the primary matrix of bio-composites. Laboratory extraction of CNC followed by surface modification and processing of nanocomposites using solvent systems. Further, the research was focused on technological possibilities of increasing dispersibility and distribution of spray-dried CNC agglomerates in the PLA matrix using melting processing technologies. To remove the brittleness of the PLA matrix, the research further directed towards the application potential of the synergistic action of plasticizers and CNC. The research of foamed nanocomposites based on microcellular structures has targeted to potential structural applications using reactively modified nanohybrid hybrids based on PLA stereocomplex and CNC. In order to enhance simultaneously toughness and temperature resistance, multi-phase stereocomplexed PLA nanocomposites were prepared. The influence of added additives on the kinetics of crystallization, morphology and thermo-mechanical properties of prepared material systems was evaluated.

Keywords

biokompozity, nanokompozity, nanokrystaly celulózy, nanocelulóza, polylaktid

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 10. 2019

Thesis defence

• Supervisor: prof. Dr. Ing. Petr Lenfeld

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Engineering Technology / Engineering Technology