Plast är en fantastisk uppfinning och användningsområdena är oändliga, men den extremt höga användningen av denna fossilbaserade resurs påverkar miljön på många sätt. Två av de allvarligaste effekterna är bidrag till den globala uppvärmningen och föroreningen av havet. Därför söker man efter mer hållbara alternativ, till exempel användningen av biopolymerer. Ett sätt att förbättra prestandan för biologisk nedbrytning och minska koldioxidavtrycket är att blanda biopolymererna med träfibrer. Denna masterstudie undersökte effekten av träfibrer som fyllnadsmedel i biopolymerens Polylaktid (PLA) och Polybutylensuccinat (PBS). Tre viktiga aspekter studerades: mekanisk prestanda, biologisk nedbrytning i jord samt termiska egenskaper. Träfibern som användes heter FibraQ, en patenterad produkt från BioFiber Tech, ett svenskt företag. För varje kilo plast som ersätts med FibraQ sker en koldioxidreduktion på upp till fem kilo.

Olika biokompositprover producerades genom komponering och formsprutning. Proverna innehöll en blandning av antingen en PLA-variant eller PBS-variant kombinerad med FibraQ i olika mängder från 20 till 51%. I några av proverna adderades också olika tillsatser. Mekanisk prestanda utvärderades genom dragprovning och termisk analys bestämdes genom differentiell svepkalorimetri. Biologisk nedbrytning utvärderades genom fyra metoder; bestämning av emitterad koldioxid, dragprovning för att bestämma den mekaniska prestandan, termisk analys för att bestämma förändringar i molekylstrukturen och optisk mikroskopi för att analysera förändringar på provets yta. Ett testprotokoll för biodegraderingen, baserat på en ATSM-standard, togs också fram.

Testerna och analyserna visar att biokompositen, beroende på val av polymer och FibraQ, har olika prestanda och därmed olika tillämpningsområden. Den mekaniska prestandan är bäst med en biokomposit innehållande en av PLA-varianterna samt 30–40% FibraQ. Kristallisationsgraden, en viktig parameter för polymeregenskaper, är lägre för biokompositen jämfört med den rena PBS eftersom fibrerna hindrar polymerens kristallisationsprocess. Kristallisationsgraden ökar snabbt när provet placeras i kompostjord, vilket visar på biologisk nedbrytning av provet. Biologisk nedbrytning bekräftas också genom koldioxidmätningar, försämrad mekanisk prestanda och synlig påverkan på provernas yta.

Det övergripande resultatet är lovande eftersom det indikerar möjligheten att ersätta plast med en biokomposit med PLA/PBS och FibraQ. Detta skulle ge positiva effekter såsom minskat koldioxidavtryck, ökad bionedbrytbarhet och minskade kostnader. Detta projekt ger också viktig information om möjligheten att använda flera metoder för bekräftelse av biologisk nedbrytning. Utveckling av biokompositer är ett stort område. I detta projekt producerades och analyserades endast ett begränsat antal prover, baserade på två olika polymerer. Det finns många sätt att fortsätta dessa analyser och utvecklingen av biokompositer.

Plastic is a great invention and its applications are endless, but the overuse of this fossil-based resource affects the environment in many ways. Two of the most serious contributions are the effect on global warming and pollution of the sea. Therefore, it is very important to find more sustainable alternatives, for instance, the use of biopolymers. One way to improve biodegradation performance, and lower the carbon footprint, is to mix the biopolymers with wood fibers. This master study investigated the impact of wood fibers as a filler in the biopolymer’s Polylactic Acid (PLA) and Polybutylene Succinate (PBS). Three important aspects were studied: mechanical performance, biodegradation behavior in soil, and thermal properties. The wood fiber used is called FibraQ, a patented product from BioFiber Tech, a Swedish company. For every kilo of plastic replaced with FibraQ, there is up to five kilo carbon dioxide reduction.

Different biocomposite samples were produced by compounding and injection molding. The samples contained a mix of either a PLA-variant or PBS-variant combined with FibraQ in different amounts from 20 to 51 %. In some of the samples, different additives were added as well. Mechanical performance was evaluated by tensile testing and thermal analyzes was determined by differential scanning calorimetry. Biodegradation was evaluated through four methods; determination of the emitted carbon dioxide, tensile testing to determine the impact on mechanical strength, thermal analyzes to determine the changes in the molecular structure and optical microscopy to analyze changes in the sample surface. A test protocol for biodegradation, fulfilling an ATSM-standard, was also produced.

The tests and analyzes show that, depending on the choice of polymer and woodshare, the biocomposite has different performance and thus different application possibilities. The tensile stress is highest with the biocomposite with one of the PLA: s and FibraQ 30–40%. The crystallization degree, an important parameter for polymer properties, is lower for the biocomposite compared with the pure PBS since the fibers hinder the crystallization process of the polymer. The crystallization degree increases rapidly when the sample is placed in compost soil, indicating biodegradation. Biodegradation is also confirmed through carbon dioxide measurements, decreased mechanical performance, and confirmed surface impact on the samples.

The overall result is promising since it indicates the possibility to replace plastics with a biocomposite with PLA/PBS and FibraQ. The main positive effects of this replacement are decreased carbon footprint, increased biodegradability, and lower cost. This project also provides important information on the possibility to use several methods for biodegradation confirmation. Biocomposite development is a huge area. In this project only a limited number of samples, based on two different polymers, were produced, and analyzed. There are many ways to continue these investigations and the biocomposite development.