On the Process-Structure-Property Relationships of Poly(Lactic Acid)-Based Nanocomposites

  • The concept of bioplastics as sustainable and environmentally friendly materials has become increasingly interesting in both academia and industry. Consequently, many researchers have made great effort in developing bioplastic materials. As new challenging materials, there is still a lack of in-depth understanding of the process−structure−property relationships, especially in multi-phase component nanocomposites. In this thesis, the bioplastics − poly(lactic acid) (PLA)/polybutylene adipate-co-terephthalate (PBAT)-based nanocomposites containing nano-SiO2 particles − are examined. Various processing procedures are carried out to investigate their effect on the structure−property relationships of the nanocomposites. The selective location of the nanoparticles is observed with respect to the processing sequence. The differences in nanoparticle location have a tremendous impact on the rheological, thermal, and mechanical properties of the PLA/PBAT-based nanocomposites. Furthermore, a numerical simulation of the temperature distribution during the injection molding process is applied to corroborate the effect of the injection molding conditions on the final properties. By understanding the working mechanism and behavior of the phase morphology of the studied nanocomposites, the desirable properties can be optimized and adjusted for proper applications.
  • Das Interesse an Biokunststoffen nimmt in Wissenschaft und Industrie stetig zu, da diese eine nachhaltige und umweltfreundliche Werkstoffgruppe darstellen. Die Entwicklung von Biokunststoffen wird daher mit großem Forschungsaufwand vorangetrieben. Eine Herausforderung stellt dabei der lückenhafte Kenntnisstand über die Prozess−Struktur− Eigenschaftsbeziehungen dieser Materialien dar, insbesondere, wenn sie als Komponente in mehrphasigen Nanokompositen verwendet werden. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit derartigen Nanokompositen, bestehend aus Polylactid (polylactic acid, PLA), Polybutylenadipat-terephthalat (PBAT) und SiO2-Nanopartikeln. Die Werkstoffe wurden mit mehreren unterschiedlichen Verfahren verarbeitet, um prozessbedingte Einflüsse auf Struktur und Eigenschaften identifizieren zu können. In Abhängigkeit von der Prozessführung wurde eine selektive räumliche Verteilung der Nanopartikel beobachtet. Diese hat wiederum erhebliche Auswirkungen auf die rheologischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften der PLA/PBAT-Nanokomposite. Ergänzend wurde eine numerische Simulation der Temperaturverteilung während des Spritzgießprozesses durchgeführt, um den Einfluss der Spritzgießparameter auf die Formteileigenschaften zu ergründen. Das so gewonnene tiefgreifende Verständnis für die Entstehung und die Auswirkungen der Phasenmorphologie der untersuchten Nanokomposite ermöglicht es, Werkstoffeigenschaften gezielt und anwendungsgerecht zu optimieren.

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Metadaten
Author:Praphakorn Saiprasit
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-66631
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/6663
Advisor:Alois K. Schlarb
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:English
Date of Publication (online):2021/11/24
Year of first Publication:2021
Publishing Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2021/10/28
Date of the Publication (Server):2021/11/26
Tag:Bioplastic-based blend nanocomposites; Poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT); Poly(lactic acid) (PLA); Process-Structure-Property relationships; Silicon dioxide nanoparticles
Page Number:XIX, 139
Faculties / Organisational entities:Kaiserslautern - Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell (CC BY-NC 4.0)