Date of Award

11-2020

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science (MS)

Department

Chemical and Petroleum Engineering

First Advisor

Ali Al Marzouqi

Second Advisor

Basim Abu-Jdayil

Abstract

Petroleum-based plastic cutlery is widely used and due to its non-biodegradable properties, they cause serious threats to the environment. Therefore, there is a need to fabricate such products from biodegradable material. Date Palm Rachis (DPR) waste was used as a filler in three levels of 30 wt%, 40 wt% and 50 wt% for cost-performance optimization balance and to improve the thermal behaviours of the biodegradable Polylactic Acid (PLA). The preparation of biodegradable PLA/date palm waste composites was done using a melt mixing extruder at 180°C by varying parameters such as mixing time, the composition of date palm waste biomass, biomass particle size, plasticizers type and plasticizers composition of 1%, 5% and 10% by weight. Biodegradable cutlery along with testing specimens was prepared by compression moulding. The produced biodegradable composites were subjected to different characterization and analysis techniques, physical tests, thermal tests, and mechanical tests.

A scanning electron microscope displayed a uniform dispersion of the DPR of 90 μm in the PLA matrix by the addition of 30 wt% biomass and the esterification reaction between –OH of the biomass, the carbonyl (C=O), and the terminal –COOH group in the PLA was observed from Fourier-transform infrared spectroscopy findings. The 30% DPR-PLA composite was considered as the optimum composite because it exhibited a lower Melt Flow Index (16 g/10 min) compared to the other two bio-composites, therefore, it will be the best option for processing in large-scale extruders. A slight increase in tensile strength of 30% DPR-PLA composite from 31.82 MPa to 33.20 MPa was noticed by the incorporation of 10 wt% Triethyl citrate (TEC). This research confirmed the superior effect of 10 wt% TEC compared with 10 wt% polybutylene adipate terephthalate (PBAT) in terms of improving the elongation at the break of the 30% DPR-PLA composite from 1.8% to 4.20%. However, the water absorption of the 30% DPR-PLA composite for 24 hours was low in saline water (0.25 wt%) and tap water (1.48 wt%) compared with hot water at 50°C (9.34 wt%). On the other hand, the biodegradability tests in outdoor soil showed that the 30% DPR-PLA sample that was placed in the bottom of the watered soil had the most color fade off with the highest weight loss of 3.06% after 4 months. This research will have positive consequences on the UAE economy and produce valuable green cutlery products aligned with both the 2021 UAE Vision and the 2030 Abu Dhabi Vision in terms of sustainability and innovation in the non-oil sector.

Comments

ستخدم أدوات المائدة البلاستيكية البترواية على نطاق واسع وبسبب خصائصها غير القابلة للتحلل البيولوجي، فإنها تسبب تهديدات خطيرة على البيئة الملك، هنالك حاجة لتصنيع مثل هذه المنتجات من مواد قابلة للتحل. تم استخدام نقابات النخيل (DPR) كمادة حشو في ثلاثة مستويات (%۳۰ و10% و50%) من حيث الورث لتحقيق التوازن الأمثل بين التكلفة وتحسين السلوكيات الحرارية لبوليمر عديد حمض اللبنيك ( PLA) القابل للتحال الحيوي. تم تحضير مركبات بوليمر عديد حمض اللبنيك ونفايات نخيل التمر القابلة للتحلل باستخدام الة الخلط المنصهر عند ١٨٠ درجة مئوية عن طريق تغير معطيات مختلفة مثل وقت الخلط الحراري، وكمية الكتلة الحيوية للنفايات النخيل، وحجم جزيئات الكتلة الحيوية، ونوع المحسنات ومقدار المحسنات بنسبة (1٪ و ۵ و ۱۰٪) بالوزن. تم إعداد أدوات المائدة القابلة للتحلل الحيوي والعينات اللازمة للاختيارات المعملية عن طريق قوالب الضغط الحرارية. وقد خضعت هذه المركبات المنتجة القابلة للتحلل الحيوي لمختلف أنواع التحليل، والاختبارات الفيزيائية، والاختبارات الحرارية، والاختبارات الميكانيكية

قام مجهر الإلكترونات الماسحة بإظهار انتشار منتظم للكتلة الحيوية لنفايات النخيل (۹۰ مايكرومتر ) في مصفوفة بوليمر عديد حمض اللبنيك وذلك بإضافة 30 في المئة من الكتلة الحيوية. في حين أن تفاعل الأسترة بين -OH مجموعة الهيدروكسيل في الكتلة الحيوية، مجموعة الكربونيل ‏(0-C)، ومجموعة COOH الطرفية في مصفوفة بوليمر عديد حمض اللبنيك تم ملاحظتها من نتائج تحليل الطيف باشعة تحت الحمراء "فورييه". ويعتبر المركب المحتوي على نسبة 30 في المئة من الكتلة الحيوية المركب الأمثل والذي تم اعتماده وتحسينه لأنه يحتوي على أقل مؤشر لتدفق الصهر (16 غرام/10 دقيقة) مقارنة بالمركبات ذات النسب الأعلى من الكتلة الحيوية لمخلفات التخيل، حيث سيكون أفضل خيار للتصنيع في آلات الخلط المنصهر الكبيرة في المصانع. وقد لوحظ ارتفاع طفيف في قوة الشد لهذا المركب من ٣١.٨٢ ميجا باسكال إلى ٣٣,٢٠ ميجا باسكال عند إضافة 10٪ من سترات ثلاثي إيثيل (TEC). تم تأكيد الأثر المتفوق لإضافة 10٪ من سترات ثلاثي إيثيل (TEC)‏ للمركب الذي تم اعتماده بالمقارنة مع إضافة 10٪ بالوزن من البولي بيوتيلين أديباتي تريفثالات

)PBAT من حيث تحسين عملية الإطالة عند الكسر من ١.٨٪ إلى ٤.٢٠٪. أما امتصاص المياه لمدة ٢٤ ساعة من الغمر لمركب )%30DPR-PLA( كان منخفضا في المياه المالحة )٠.٢٥٪ ( ومياه الصنبور)1.48 ٪( بالمقارنة مع الغمر في الماء الساخن )9.34 ٪( عند 50 درجة مئوية. من ناحية أخرى، أظهرت اختيارات التحلل الحيوي في التربة الخارجية أن عينة )-30DPR‏ ‏PLA( التي وضعت في قاع التربة المروية كانت أكثر تلاشيا في لونها مع أعلى خسارة للوزن بنسبة 3.06% بعد 4 أشهر. سيكون لهذا البحث نتائج إيجابية على اقتصاد دولة الإمارات العربية المتحدة وسينتج منتجات مائدة خضراء قيمة بما يتوافق مع رؤية الإمارات ٢٠٢١ ورؤية أبو ظبي ۲۰۳۰ من حيث الاستدامة والإبداع في القطاع غير النفطي.

Download

Included in

Engineering Commons

COinS