Development and characterization of lignin-polyolefin compounds

Nowadays, we are strongly dependent on energy, most of them are coming from fossil fuels and this tendency will increase as time goes by if we do not find a better alternative. Parallel to the production of energy is the production of plastics, which has grown in the last decade due to economic and material characteristics reasons. As a result, the climate change effect on Earth is growing up exponentially, the depletion of fossil fuels is each time larger and the effect of greenhouse gases is very harmful both for humans and environment. This is the reason why the development of alternative tools to displace the fossil fuels dependence is fundamental. The aim of this thesis is, on the wavelength of sustainable challenge, is the development and characterization of lignin-polyolefin compounds. Lignin not only is one of components of biomass, a renewable source energy material, but also an easy accessible source of aromatic rings on Earth, one of the main precursors of plastics. For this work, two types of lignin were used (Kraft and Soda); they were characterized to determine their chemistry, functional groups and physical properties and using different analysis among which there are differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis and rheology test. Lignin was functionalised with polyethylene and polypropylene to produce a compound using two methods extrusion and mixing. After that, the compounds were analysed through mechanical testing in order to know the obtained properties of the renewable compound such as toughness, mechanical strength, elastic modulus, resistance. The results inform about a possible eco-friendly alternative in the world of plastics, without the dependence of petroleum based products, maintaining the essential characteristics of the bulk material.

Al giorno d'oggi siamo fortemente dipendenti dall'energia, la maggior parte di esse proviene da combustibili fossili e questa tendenza aumenterà con il passare del tempo se non troveremo un'alternativa migliore. Parallela alla produzione di energia è la produzione di materie plastiche, che è cresciuta nell'ultimo decennio per ragioni economiche e di caratteristiche dei materiali. Di conseguenza, l'effetto del cambiamento climatico sulla Terra sta crescendo in modo esponenziale, l'esaurimento dei combustibili fossili è ogni volta più grande e l'effetto dei gas serra è molto dannoso sia per l'uomo che per l'ambiente. Questo è il motivo per cui è fondamentale lo sviluppo di strumenti alternativi per spostare la dipendenza dai combustibili fossili. Lo scopo di questo lavoro di tesi è, sulla lunghezza d'onda della sfida sostenibile, è lo sviluppo e la caratterizzazione di composti di lignina-poliolefina. La lignina non è solo uno dei componenti della biomassa, un materiale energetico da fonti rinnovabili, ma anche una fonte facilmente accessibile di anelli aromatici sulla Terra, uno dei principali precursori della plastica. Per questo lavoro sono stati utilizzati due tipi di lignina (Kraft e Soda); essi sono stati caratterizzati per determinare la loro chimica, i gruppi funzionali e le proprietà fisiche e utilizzando diverse analisi tra cui calorimetria a scansione differenziale, analisi termogravimetrica e test reologici. La lignina è stata aggiunta a polietilene e polipropilene per produrre un composto utilizzando due metodi di estrusione e miscelazione. Successivamente, i composti sono stati analizzati attraverso prove meccaniche al fine di conoscere le proprietà ottenute del composto rinnovabile come la tenacità, la resistenza meccanica, il modulo elastico, la resistenza. I risultati informano su una possibile alternativa ecologica nel mondo delle materie plastiche, senza la dipendenza dei prodotti a base di petrolio, mantenendo le caratteristiche essenziali del materiale intatto.