Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Branched PLA through an inimer route - Evaluation of thermal and mechanical properties
KTH, School of Chemical Science and Engineering (CHE).
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Syntes av förgrenad PLA - utvärdering av termiska och mekaniska egenskaper (Swedish)
Abstract [en]

Poly(L-lactide) (PLA) is one of the most interesting and viable biodegradable bioplastics in use today. The current consumption rate of fossil fuels will lead to future shortages which, together with an increase in public environmental awareness, has made finding new routes towards environmentally friendly products, such as consumer plastic products, food packaging and disposable containers a priority and in some applications recently a reality. There are limits to the possible applications of PLA due to processing difficulties as well as its poor mechanical properties which in a broader sense must be understood to be circumvented. 

In this study branched PLA materials were synthesized using facile one-pot reactions using lactide and three different hydroxyl substituted five-membered lactones (γ-butyrolactone) acting as initiating monomers (inimers) with Sn(Oct)2 at 110 °C. Branched PLA-structures were attained through these one-pot reactions despite the somewhat unfavorable thermodynamic ring-opening properties of the γ-butyrolactone.

The feed of hydroxyl substituted γ-butyrolactone, site of hydroxyl substitution, degree of hydroxyl substitution and chirality of the lactide comonomer were varied and a wide array of branched materials were synthesized. It was shown that increasing the inimer amount lead to reduced molecular weight and increased dispersity as well as an increased degree of branching.

The thermal and mechanical properties of the branched PLAs and blends of linear PLLA with these branched materials were evaluated using DSC and tensile testing. The influence of stereocomplexation in blends consisting of branched polymers of D-lactide configuration and linear PLLA were viewed as especially promising. Copolymerization using any of the inimers had a large influence on glass transition temperature, melting temperature, heat of fusion, Young’s modulus and elongation at break. The inimer feed content determined the structure and properties of the material to a large extent. High inimer feeds yielded fully amorphous structures incapable of undergoing crystallization with exceedingly low glass transition temperatures while low feeds yielded broadened melting peaks and lower melting temperatures and only moderately reduced glass transition temperatures comparing to neat PLLA.

2-Hydroxy-gamma-butyrolactone (αOHγBL) was shown to impart the most beneficial properties to PLA and in blends with linear PLLA. This was especially true for branched material of D-lactide that formed stereocomplexes with linear PLLA, resulting in maintained or improved E-modulus and elongation at break during tensile testing.

 

 

Abstract [sv]

Poly(L-laktid) (PLA) är en av dagens mest användbara och intressanta bionedbrytbara bioplaster. Vår tids ökade allmänna miljömedvetenhet samt den kommande bristen på fossila bränslen gör det mycket viktigt att söka nya vägar för framställningen av miljövänliga konsumentartiklar så som matförpackningar och engångsbehållare för t ex. dryck. PLA är i nuläget begränsat i sin användning då materialet har ett snävt processfönster samt är i vissa sammanhang för sprött, två problem som båda måste kringgås för att fler applikationer ska uppnås.

I detta projekt syntetiserades ett flertal grenade PLA-material genom sampolymerisation mellan laktid och hydroxysubstituerade γ-butyrolaktoner som initierande monomerer (inimerer) med katalysatorn tennoktoat i bulk vid 110 °C.

Trots att γ-butyrolaktonen anses ha ogynsamma termodynamiska förutsättningar att polymerisera vid normala polymerisationsbetingelser erhölls grenade PLA-strukturer med den utvecklade metoden. Faktorer som molförhållandet mellan γ-butyrolakton och laktid, hydroxyl-substitutionsplats på γ-butyrolaktonen, grad av substitution på γ-butyrolaktonen samt kiraliteten av laktiden varierades för att syntetisera ett brett spektrum grenade material. Inimerhalten visade sig ha mycket stor inverkan på polymerernas molekylvikt och dispersitet. Höga halter inimer gav amorfa strukturer och hade väldigt låga glastransitionstemperaturer. Låga halter inimer resulterade i material med låga smälttemperaturer och med sänkta glastransitionstemperaturer.

De grenade materialens termiska och mekaniska egenskaper analyserades med hjälp av DSC och dragprovning. Halt och typ av inimer hade stor inverkan på egenskaper så som glastransitionstemperatur, smälttemperatur, specifikt smältvärme, elasticitetsmodul samt brottöjning. Inkorporeringsgraden av inimeren i den grenade polylaktiden avgjorde strukturen och egenskaperna av materialet. Stor andel γ-butyrolakton ledde till helt amorfa strukturer som inte kristalliserade och påvisade väldigt låga glastransitionstemperaturer medan mindre mängd γ-butyrolaktonen ledde till material med breda smälttoppar och måttligt sänkta glastransitionstemperaturer i jämförelse med linjär PLLA.

2-Hydroxy-gamma-butyrolakton (αOHγBL) visade sig vara den inimer som ledde till en förrenad grenad PLA med de eftersökta egenskaperna, speciellt grenad PLA av D-laktid som blandad med linjär PLLA samkristallierade till stereokomplex. Detta ledde till att elasticitetsmoduler och brottöjningar blev högre eller hölls jämförbara med linjär PLLA.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 49 p.
Keyword [en]
Ring-opening copolymerization, branched poly(L-lactide), γ-butyrolactone, inimer, one-pot reaction
Keyword [sv]
ringöppningssampolymerisation, grenad poly(L-laktid), γ-butyrolakton, inimer, enkärlsreaktion
National Category
Polymer Chemistry
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-190891OAI: oai:DiVA.org:kth-190891DiVA: diva2:953580
Available from: 2016-08-18 Created: 2016-08-18 Last updated: 2016-08-18Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

By organisation
School of Chemical Science and Engineering (CHE)
Polymer Chemistry

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 12 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link