Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Development of bioplastic composite foam from poly(lactic acid)/wood flour for automotive interior parts
Year (A.D.)
2015
Document Type
Thesis
First Advisor
สิริจุฑารัตน์ โควาวิสารัช
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมเคมี)
Degree Name
วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
วิศวกรรมเคมี
DOI
10.58837/CHULA.THE.2015.2134
Abstract
ความต้องการยกระดับการใช้งานพลาสติกชีวภาพพอลิแลคติก แอซิด (Poly(lactic acid), PLA) เป็นแรงผลักดันให้งานวิจัยนี้พัฒนาสารประกอบแต่งโฟมพลาสติกชีวภาพ PLA/พอลิเอทิลีน ไกลคอล (Poly(ethylene glycol), PEG)/ผงไม้ (Wood flour, WF) ที่มีน้ำหนักเบาและเป็นโฟมแบบกึ่งอ่อนตัว ให้มีสมบัติเหมาะเป็นชิ้นส่วนภายในรถยนต์ โดยใช้เอโซไดคาโบนาไมด์ (Azodicarbonamide, ADC) ปริมาณ 2 phr เป็นสารก่อโฟมทางเคมี งานวิจัยนี้แบ่งเป็น 4 ส่วน ส่วนแรกตรวจสอบอุณหภูมิการสลายตัวด้วยความร้อนของ PLA ADC และผงไม้ เพื่อหาอุณหภูมิที่เหมาะสมแก่การขึ้นรูปโฟมโดย PLA และผงไม้ไม่สลายตัว พบว่า PLA ADC และผงไม้เริ่มสลายตัว ณ อุณหภูมิ 318 165 และ 220 °C ตามลำดับ อุณหภูมิที่เหมาะสมแก่การขึ้นรูปไม้พลาสติกคือ 190-220 °C ส่วนที่สองศึกษาอิทธิพลของผงไม้ใน PLA และโฟม PLA สัดส่วนของผงไม้ที่ใช้คือร้อยละ 1-5 โดยน้ำหนัก การทำโฟมด้วย ADC ปริมาณ 2 phr ได้โฟม PLA และโฟม PLA/WF ที่มีความหนาแน่นลดลงถึงร้อยละ 49 โดยน้ำหนัก เมื่อเทียบกับ PLA และมีมอดูลัสภายใต้แรงกดจำเพาะลดลงจาก 0.69 เหลือ 0.24 GPa·cm3/g แสดงว่าการทำโฟมให้ชิ้นงาน PLA ที่มีน้ำหนักเบาและอ่อนตัวขึ้น การใส่ผงไม้เป็นสารเสริมแรง สามารถเพิ่มสมบัติเชิงกลภายใต้แรงดัดโค้งและแรงกระแทกให้สูงขึ้นได้ทั้งใน PLA/WF และ F-PLA/WF เนื่องจากมีการยึดเกาะที่ดีระหว่างผงไม้และเมทริกซ์ PLA ส่วนที่สามศึกษาอิทธิพลของสารเสริมสภาพพลาสติก PEG ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่างกัน (น้ำหนักโมเลกุล 12K และ 20K) พบว่าน้ำหนักโมเลกุลและปริมาณของ PEG ส่งผลต่อความสามารถในการเสริมสภาพพลาสติก โดย PEG12K สามารถลดอุณหภูมิแปรสภาพแก้วของ PLA ได้ดีกว่า PEG20K งานวิจัยส่วนสุดท้าย มุ่งขึ้นรูปโฟม PLA/PEG12K/WF3 ด้วยวิธีการฉีดขึ้นรูป พบว่าการเติม PEG12K ร้อยละ 5-15 โดยน้ำหนัก สามารถเพิ่มความต้านทานแรงกระแทกจำเพาะของ F-PLA/WF3 แต่การเติม PEG12K ร้อยละ 15 โดยน้ำหนัก เกิดการแยกวัฏภาคระหว่าง PEG และ PLA งานวิจัยนี้จึงเลือก F-PLA/PEG12K-5/WF3 เป็นสูตรที่เหมาะสมที่สุดสำหรับนำไปผลิตชิ้นส่วนภายในรถยนต์ เนื่องจากมีสมบัติใกล้เคียงกันแต่มีน้ำหนักเบากว่า เมื่อเทียบกับสมบัติภายใต้แรงกระแทกของชิ้นส่วนที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน F-PLA/PEG12K-5/WF3 สามารถนำไปผลิตแผงเสาประตู (Interior trims)
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
To elevate the applications of Poly(lactic acid) (PLA) bioplastics, this study aims to develop light-weight and semi-flexible bioplastic composite foam from PLA/ Poly(ethylene glycol) (PEG)/Wood flour (WF) with mechanical properties comparable with automotive interior parts. Azodicarbonamide (ADC) 2 phr was used as chemical foaming agent. The study consists of 4 experimental parts; the first part investigated the decomposition temperature of PLA ADC and WF in order to define appropriate processing temperatures. TGA thermograms showed that the decomposition of PLA, ADC and WF started at about 318, 165 and 220 °C respectively. Hence, suitable processing temperatures for foaming PLA/WF composites are from 190 to 220 °C. The second part studied the influences of WF on the PLA and foamed PLA composites with WF content up to 5 %wt. With 2 phr of ADC, the density of F-Neat PLA and F-PLA/WF dropped dramatically by 49% compared to neat PLA, the specific compressive modulus decreased from 0.69 to 0.24 GPa·cm3/g, implying that the foamed composites became lighter and softer. With the presence of WF, the specific flexural properties and impact strength of both of PLA/WF and F-PLA/WF increased with the WF content due to rather good interfacial adhesion between PLA matrix and WF. The third part concentrates on the effects of PEG with different molecular weights (12K and 20K) as plasticizer for PLA. Greater plasticization was found in the PEG12K at higher content. PEG12K was more effective in lowering the glass transition temperature (Tg) of PLA. The last part involved injection molding PLA/PEG12K/WF3 composite foam. Adding of PEG by 5-15 wt% enhanced the specific impact strength of F-PLA/WF3. But the presence of PEG12K 15 wt% led to phase-separation. Then, F-PLA/PEG12K-5/WF3 was chosen as appropriate formulation for automotive interior parts. Its impact resistance was comparable with those of automotive interior parts namely interior trims.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
สุวรรณกาศ, ปกเกศ, "การพัฒนาโฟมพลาสติกชีวภาพจากพอลิแลคติกแอซิด/ผงไม้ สำหรับชิ้นส่วนภายในรถยนต์" (2015). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 75521.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/75521