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February 2023
Bachelor Thesis
Titel
Herstellung und Charakterisierung von Partikelschäumen aus Biopolymerblends auf der Basis von PLA und PBS
Abstract
Polymere Werkstoffe sind heutzutage in vielen Bereichen der Industrie und im Alltag nicht mehr wegzudenken. Eine besondere Rolle spielen dabei Schaumstoffe, insbesondere Partikelschäume, die sich durch eine flexible Formgebung und variierbaren Dichten für viele Anwendungen eignen. Kommerziell bestehen diese Schaumstoffe vorwiegend aus erdölbasierten Polymeren. Wie aber in vielen anderen Bereichen des Lebens steigt auch hier die Nachfrage für nachhaltigere Alternativen. In der vorliegenden Arbeit wurden deshalb Partikelschäume auf der Basis von PLA hergestellt. Dabei handelt es sich um einen aus natürlichen Ressourcen herstellbaren und biologisch abbaubaren Kunststoff. Um die Wärmeformbeständigkeit der PLA Schäume zu verbessern wurde eine hochkristallisierbare Type (4032D von Natureworks) ausgewählt. In vorangegangenen Arbeiten wurde bereits gezeigt, dass sich die Verarbeitung von teilkristallinen Polymeren zu Partikelschäumen als schwierig gestaltet. Durch Blenden mit dem Biopolymer PBS (BioPBS FD92 von PTT MCC Biochem Company) soll die Verarbeitbarkeit zu Partikelschäumen verbessert werden. Dabei soll der Einfluss von verschieden hohen PBS Anteilen auf die Verschweißbarkeit und Schäumbarkeit untersucht werden. Zunächst wurden expandierbare Partikel hergestellt und auf ihre Fähigkeit zum Aufschäumen und Nachexpandieren analysiert. Zur Untersuchung der Verschweißbarkeit wurde eine Methode entwickelt, bei der einzelne Beads miteinander verschweißt werden, um deren Verschweißgüte zu ermitteln. Anschließend wurden die geschäumten Partikel in einem Formteilprozess zu generischen Bauteilen verarbeitet. Auch hier wurde ein nachhaltiger Ansatz verfolgt, indem der neuere, im Gegensatz zur kommerziellen Heißdampfverschweißung, energie-effizientere Radiofrequenzprozess verwendet wurde. Die Bauteile wurden zuletzt auf ihre mechanischen und thermischen Eigenschaften untersucht. Hierzu wurden Querzugversuche durchgeführt und eine Methode zur Bestimmung der Wärmeformbeständigkeit von Schäumen entwickelt. Es konnte gezeigt werden, dass die Herstellung von hochkristallinen Polymerschäumen durch Blenden mit PBS ermöglicht wird. Mit höheren PBS Anteilen konnten die mechanischen und thermischen Eigenschaften verbessert werden, während die Schäumbarkeit hingegen abnahm. In einer zweiten Versuchskampagne wurde die gleiche PLA Type mit 50 % einer amorpheren PLA Type geblendet. Der Einfluss des PBS wurde auf die gleiche Weise analysiert. Eine Verbesserung der Eigenschaften durch zusätzliches Blenden mit PBS konnte hier nicht erreicht werden.
ThesisNote
Karlsruhe, Karlsruher Institut für Technologie KIT, Bachelor Thesis, 2023
Author(s)
Advisor
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