Utjecaj TiO2 na UV razgradnju LLDPE/RLJ/TiO2 biokompozita

master's thesis

• Title (english): Effect of TiO2 on UV degradation of LLDPE/RH/TiO2 biocomposites
• Author: Tea Lončarić Klobuk
• Mentor: Emi Govorčin Bajsić (mentor)
• Committee member: Emi Govorčin Bajsić (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Jasna Prlić Kardum (član povjerenstva)
• Committee member: Mirela Leskovac (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Chemical Engineering and Technology; Zagreb
• Defense date and country: 2023-07-07, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Chemical Engineering

Abstract

Sintetski bionerazgradljivi polimeri zbog svoje široke primjene i velike količine sve više se odlažu u okoliš čime dolazi do njegovog zagađenja. Kao posljedica dolazi do klimatskih promjena, kao i lošeg utjecaja na biljni i životinjski svijet. Zbog toga se nastoji sintetske polimere zamijeniti biorazgradljivim i obnovljivim materijalima. Polietilen jedan je od najčešće korištenih sintetskih polimera za izradu ambalaže i folija, dok su rižine ljuskice (RLJ) biorazgradljiv materijal koji kao otpad nastaje nakon proizvodnje riže. RLJ mogu se dodati kao punilo u polimernu matricu linearnog polietilena niske gustoće (LLDPE-a), a TiO2 (titanijev dioksid) kao fotokatalitički čimbenik. Za potrebe ovog rada pripravljeni su biokompozti na osnovi linearnog polietilena niske gustoće LLDPE-a kao matrice i rižinih ljuskica RLJ kao ojačavala bez i s dodatkom mTiO2 kao fotokatalitičkog čimbenika. Kako bi se utvrdilo fotokatalitičko djelovanje mTiO2 biokompoziti su izloženi UV zračenju u vremenu od 10 i 30 dana. Provedena je karakterizacija prije i nakon UV zračenja diferencijalnom pretražnom kalorimetrijom (DSC) te infracrvenom spektroskopijom s Fourierovom transformacijom (FTIR-ATR). DSC rezultati su pokazali da kod LLDPE/RLJ biokompozita prije UV dolazi do pomaka Tm na neznatno više temperature, dok povećanjem udjela RLJ Tm ostaje gotovo nepromijenjena. Dodatkom mTiO2 u LLDPE/RLJ uočene su neznatne promjene u Tm, značajno raste stupanj kristalnosti, te se mTiO2 pokazao kao nukleator. Nakon UV zračenja primjećujemo neznatno veće vrijednosti Tm u biokompozitima LLDPE/RLJ, stupanj kristalnosti je manji i smanjuje se porastom udjela RLJ. Dodatak mTiO2 utječe na stupanj kristalnosti i biokompozite LLDPE/RLJ štiti od UV razgradnje. Nakon zračenja na FTIR spektirma vidljive su promjene apsorpcijskih vrpci koje odgovaraju karbonilnoj i vinilnoj skupini. Dodatkom RLJ nastaje apsorpcijska vrpca na 1051 cm^-1 odnosno 1080 cm^-1 karakteristična za Si-O-Si skupinu. Apsorpcijske vrpce pri valnim brojevima 1246 cm^-1 te pikovi 1144-1056 cm^-1 odgovaraju celulozi, hemicelulozi i ligninu. Kod manjeg udjela RLJ u LLDPE/RLJ/mTiO2 biokompozitima mTiO2 djeluje kao stabilizator spram UV zračenja.

Abstract (english)

Synthetic biodegradable polymers, due to their wide application and large quantities, are increasingly being disposed of in the environment and leading to pollution. As a consequence, climate change occurs, as well as a negative impact on the plant and animal life. Therefore, there is a tendency to replace synthetic polymers with biodegradable and renewable materials. Polyethylene is one of the most commonly used synthetic polymers for packaging and films, while rice husk (RH) is a biodegradable material that is generated as waste after rice production. RH can be added as a filler in the polymeric matrix of linear low-density polyethylene (LLDPE), with TiO2 (titanium dioxide) as a photocatalytic factor. For the purpose of this study, biocomposites were prepared using LLDPE as the matrix and RHA as the reinforcement, with and without the addition of TiO2 as a photocatalytic agens. To determine the photocatalytic activity of TiO2, the biocomposites were exposed to UV radiation for a period of 10 and 30 days. Characterization was conducted before and after UV radiation using differential scanning calorimetry (DSC) and Fourier-transform infrared spectroscopy with attenuated total reflectance (FTIR-ATR). The DSC results showed that the addition of RH to LLDPE caused a slight shift in the melting temperature (Tm) to higher values, while increasing the content of RH resulted in almost unchanged Tm before UV radiation. The addition of TiO2 to LLDPE/RH biocomposites showed minor changes in Tm, a significant increase in crystallinity obtained which confirms the TiO2 nucleating effect. After UV radiation, slightly higher Tm values were obtained in LLDPE/RH biocompositeswith lower degree of crystallinity. With an increase in RH content, the degree of crystallinity decreased in LLDPE/RH biocomposites. The addition of mTiO2 changed the degree of crystallinity and protect the LLDPE/RH biocomposites from UV degradation. With addition of RH absorption band at 1051 cm^-1 or 1080 cm^-1, characteristic of Si-O-Si silicon groups appeared. Absorption bands at 1246 cm^-1 and 1144-1056 cm^-1 due to cellulose, hemicellulose, and lignin. In the LLDPE/RH/TiO2 biocomposites with less content of RH mTiO2 acts as UV stabilizer.

• Keywords: linearni polietilen niske gustoće (LLDPE); rižine ljuskice (RLJ); titanov dioksid (TiO2); biokompoziti; biorazgradnja; DSC; FTIR
• Keywords (english): linear low-density polyethylene (LLDPE); rice husk (RH); titanium dioxide (TiO2); biocomposites; biodegradation; DSC; FTIR
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:779396
• Study programme: Title: Materials Science and Engineering - Graduate study; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva (magistar/magistra inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2023-07-26 14:18:20