Untersuchung des Schäumverhaltens von Polylactid und Polylactid/Poly(hydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat)-Blends in der Partikelschaumextrusion

Titelangaben

Brütting, Christian:
Untersuchung des Schäumverhaltens von Polylactid und Polylactid/Poly(hydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat)-Blends in der Partikelschaumextrusion.
Bayreuth , 2024 . - XVII, 131, LXX S.
( Dissertation, 2024 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften)

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Abstract

Partikelschaumstoffe finden unter anderem Anwendung in der Verpackungsindustrie, dem Sportbereich oder dem Transportsektor. Bisher konnten sich allerdings noch keine Partikelschäume aus nachwachsenden Rohstoffen auf dem Markt etablieren. Aktuelle Ansätze beschäftigen sich weitestgehend mit diskontinuierlichen Autoklavprozessen und weniger mit der kontinuierlichen Herstellung dieser Partikelschäume. In der vorliegenden Arbeit wurden Polylactid (PLA) und Polylactid/Poly(hydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat) (PHBV) Blends auf die Verarbeitbarkeit zu Schaumpartikeln untersucht. Hierzu wurden die Materialien zunächst compoundiert und die Materialeigenschaften untersucht. Es wurde gezeigt, dass die Materialien einen nicht mischbaren Blend ausbilden. Aufgrund der Blendstruktur wurde unter anderem das thermische Verhalten beeinflusst, sodass die beiden Phasen sich gegenseitig an der Kristallisation hindern. Zudem führt eine Zunahme an PHBV zu einer geringeren Viskosität, die den Verarbeitungsprozess beeinflusst. Es wurde gezeigt, dass die erzielbare Dichte der Schaumpartikel maßgeblich vom Temperaturprofil während der Verarbeitung abhängt. So konnte beispielsweise durch systematische Variation der Düsentemperatur eine Dichte von 63 kg/m3, bei einer hohen Zelldichte von 1*10^7 Zellen pro cm3 und engen Zellgrößenverteilung erzielt werden. Bei der Verarbeitung der Blends hat sich herausgestellt, dass mit steigendem PHBV-Anteil eine höhere Dichte erzielt wird, was an einer geringeren Löslichkeit des Treibmittels und der geringeren Viskosität mit steigendem PHBV-Anteil begründet werden kann. Abschließend wurden aus den hergestellten Partikeln durch ein dampfbasiertes Verfahren Formteile hergestellt. Hierbei zeigt sich noch weiterer Entwicklungsbedarf, da keine hohe Formteilgüte erzielt wurde. Die Resultate der vorliegenden Arbeit wurden den bisherigen Kenntnissen der Literatur gegen- übergestellt, um den Prozess zur Herstellung von Schaumpartikeln besser zu verstehen und einen Beitrag zur Forschung an biobasierten Partikelschaumstoffen zu leisten. In dieser Arbeit wurden erste Zusammenhänge zwischen PLA und PLA-PHBV Blends mit den Prozessparametern und den Eigenschaften in der Partikelschaumextrusion hergestellt.

Abstract in weiterer Sprache

Particle foams are widely used, for instance in packaging, in sports or in transportation. However, particle foams based on renewable raw materials are not established in the market yet. Current approaches are mainly targeting discontinuous autoclave processes and do not exploit the continuous production routes of such particle foams. In the present work, the particle foaming behavior of polylactide (PLA) and poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) blends were investigated. For this purpose, the materials were first compounded and their characteristics were investigated. It was shown that the materials form an immiscible blend. Due to the blend structure, the thermal behavior was strongly influenced, for instance the two phases hinder each other in crystallization. In addition, an increase in PHBV leads to lower viscosity, which affects the processing routes. It has been shown that the achievable density of the foam particles depends significantly on the temperature profile during processing. For example, by systematically varying the nozzle temperature, a density of 63 kg/m3 could be achieved at a high cell density of 1*10^7 cells per cm3 and a narrow cell size distribution. Processing of the blends showed that the density increased with PHBV content, which was attributed to the lower solubility of the blowing agent and lower viscosity with increasing PHBV content. Finally, molded parts were produced from the manufactured particles by a steam-based process. There is still a need for further development in this area, as molding quality was not sufficient. The results of the present work were compared with previous findings in the literature in order to better understand the foam particle production process on the one hand, and to contribute to research on bio-based particle foams on the other hand. In this work, first correlations between PLA and PLA-PHBV blends with process parameters and properties in particle foam extrusion were established