Development of high temperature resistant thermoplastic foams based on stereocomplex PLA

This master's thesis is dedicated to developing thermoplastic foams based on stereocomplex PLA using a solid-state batch foaming process. The goal was to achieve improved heat resistance compared to unmodified PLA foams. An overview of the theoretical background is provided, and the employed methodology is described. Overall, 21 PLA blends consisting of different PLLA types, PDLA contents, and additives were prepared using melt blending. The properties of the blends were characterized using DSC, WAXD, and MSB. All of the prepared blends were able to form a stereocomplex. Foaming experiments were then carried out using both pressure-induced and temperature-induced methods. The pressure-induced method, employing CO2 and isobutane as blowing agents, did not induce foaming in any of the tested blends. Subsequently, the temperature-induced foaming method was employed, utilizing CO2, isobutane, DME, and HFO-1234ze as blowing agents. Foaming was achieved in several specimens using this method after treatment with DME or HFO-1234ze. The resulting foamed beads were characterized using DSC, WAXD, and SEM. The heat resistance was assessed using TMA, and the density of the foamed beads was determined and compared to the densities of the PLA blends. Most of the obtained foamed beads had medium densities and showed moderate volume expansion capabilities. All of the examined specimens had closed-cell structures with significant variations in cell size. Finally, it was found that the heat resistance of the foamed beads was not enhanced by the presence of stereocomplex crystals.

Diese Masterarbeit ist der Entwicklung von thermoplastischen Schaumstoffen auf Basis von stereokomplexem PLA unter Verwendung eines solid-state batch foaming-Verfahrens gewidmet. Das Ziel bestand darin, eine verbesserte Wärmebeständigkeit im Vergleich zu nicht modifizierten PLA-Schaumstoffen zu erreichen. Es wird ein Überblick über den theoretischen Hintergrund gegeben und die angewandte Methodik wird beschrieben. Insgesamt 21 PLA-Blends wurden unter Verwendung verschiedener PLLA-Typen, PDLA-Gehalte und Additive durch Schmelzvermischen compoundiert. Die Eigenschaften der PLA-Blends wurden mittels DSC-, WAXD- und MSB-Messungen charakterisiert. Alle hergestellten Blends waren in der Lage, einen Stereokomplex zu bilden. Anschließend wurden Schäumversuche sowohl mit der druckinduzierten als auch mit der temperaturinduzierten Methode durchgeführt. Die druckinduzierte Methode unter Verwendung von CO2 und Isobutan als Treibmittel führte in keiner der getesteten Blends zur Schaumbildung. Daraufhin wurde die temperaturinduzierte Schäummethode eingesetzt, wobei CO2, Isobutan, DME und HFO-1234ze als Treibmittel eingesetzt wurden. Unter Verwendung von DME oder HFO-1234ze wurden einige Proben aufgeschäumt. Die entstandenen Schaumbeads wurden mittels DSC-, WAXD- und REM-Messungen charakterisiert. Die Wärmebeständigkeit wurde mittels TMA bewertet und die Dichte der Schaumbeads wurde bestimmt und mit den Dichten der PLA-Mischungen verglichen. Die meisten hergestellten Schaumbeads wiesen mittlere Dichten und mäßige Volumenexpansionsfähigkeit auf. Alle untersuchten Schaumbeads wiesen eine geschlossenzellige Struktur mit signifikanten Variationen in der Zellgröße auf. Schließlich wurde festgestellt, dass die Wärmebeständigkeit der Schaumbeads durch die Anwesenheit von Stereokomplex-Kristallen nicht verbessert wurde.