Biopolimer alapú habok tulajdonságainak módosítása hőkezelési eljárással
Biopolimer alapú habok tulajdonságainak módosítása hőkezelési eljárással
Péter Tamás, MSc I. évf.
e-mail: delphoi997@gmail.com
Konzulens: Litauszki Katalin, Polimertechnika Tanszék
e-mail: litauszkik@pt.bme.hu
Dr. Kmetty Ákos, Polimertechnika Tanszék
e-mail: kmetty@pt.bme.hu
A biopolimerekkel kapcsolatos kutatások és tudásbázis az utóbbi években rohamosan megnőtt. Ezen anyagok idővel kiválthatják a hagyományos tömegműanyagok szerepeit több iparágban is, legfőképpen a csomagolástechikában, ahol a termékek hasznos életciklusa sokszor csupán hetekben mérhető. A biopolimerek kőolajból vagy megújuló erőforrásokból állíthatók elő és/vagy használat után megfelelő közegben biológiai úton, a környezetet nem szennyező anyagokra bomlanak le.
Az egyik legígéretesebb biopolimer a politejsav (PLA). Mechanikai tulajdonságai megközelítik a műszaki polimerekét, és feldolgozását tekintve könnyen integrálható a jelenlegi gyártástechnológiákba. Rideg viselkedése sokáig hátráltatta az elterjedését, de ma már fólia illetve habszerkezetek gyártására is alkalmas [1].
A politejsav egyik legnagyobb hátránya az 55 °C körüli üvegesedési átmeneti hőmérséklete, és ennek következményeként az alacsony hőalaktartása. Ezen hőmérséklet feletti üzemi körülmények közt nem használhatóak politejsav alkatrészek, mert nagyrugalmas állapotban rendkívül lecsökken a merevsége.
Kutatásom során PLA habszerkezetek hőalaktartását vizsgáltam, amely egy kevésbé kutatott tématerület, így a kapott eredmények hiánypótlóak lehetnek. Célom a növelt hőalaktartás megvalósítása és ennek eléréséhez tartozó hőkezelési paraméterek meghatározása, az anyag degradációját elkerülve. A habokat exoterm típusú kémiai habképzőszerrel, valamint expandálni képes mikroméretű gyönggyel [2] (szintaktikus habszerkezetek) állítottam elő extrúziós technológia alkalmazásával. A hőkezelést utólagosan, off-line módon, meleglevegős szekrényben végeztem, de akár az extrúziós gyártósorba is beépíthető lenne. Megfigyeltem a hőkezelés során fellépő hidegkristályosodás mértékének függését a PLA D-laktid tartalmától, ami erősen befolyásolja a kristályosodás mértékét és időszükségletét. A kristályos részhányad további növelésének érdekében kristálygócképzővel adalékolt receptúrákat is alkalmaztam és összehasonlítottam az elért eredményeket.
A kialakult kristályos részarányt differenciális pásztázó kalorimetriával (DSC) határoztam meg. Elvégeztem a habok termogravimetriai mérését is, amely megmutatja, hogy degradálódott-e számottevően az alapanyag a hőkezelés vagy a kompaundálás során. A kalorimetriai vizsgálatok mellett pásztázó elektronmikroszkóppal figyeltem meg a kialakult habszerkezeteket, a cellák méreteit és eloszlását. A hőalaktartást terhelés alatti lehajlás (HDT) és dinamikus mechanikai analízis (DMA) mérések segítségével számszerűsítettem és minősítettem.
Összességében elmondható, hogy a hőkezeléssel kialakított kristályos részarány döntően befolyásolja a hőalaktartás mértékét. A fent említett vizsgálatokból meg tudtam határozni a receptúrák sikerességét a hőalaktartás szempontjából, valamint a hőkezelés szükséges idő és hőmérséklet értékeit.
1. Auras R.: Poly(lactic acid) : synthesis, structures, properties, processing, and applications. John Wiley & Sons, Hoboken, 2010.
2. Litauszki K., Kmetty Á.: Extrusion foaming of poly(lactic acid) with thermally expandable microspheres. Polymers, vol. 12 2, 463 (2020).
szerző
-
Péter Tamás
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Kmetty Ákos
Egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék -
Dr. Litauszki Katalin
Adjunktus, Polimertechnika Tanszék