Publication: Preparation and characterization of sustainable lignin from oil palm empty fruit bunch (OPEFB) for polylactic acid (PLA) biocomposite material in 3rd printing
dc.contributor.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | en_US |
dc.contributor.author | Mohammad Shahrizad Pairon | en_US |
dc.contributor.supervisor | Fathilah Ali, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Hazleen Anuar, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Farah Ahmad, Ph.D | en_US |
dc.date.accessioned | 2024-10-08T03:19:33Z | |
dc.date.available | 2024-10-08T03:19:33Z | |
dc.date.issued | 2021 | |
dc.description.abstract | 3D printing is one of the additive manufacturing technologies that has widely been used in the automotive and manufacturing industry. Polylactic acid (PLA) is one of the materials used in 3D printing, made up of linear polymeric structure, that resulted in lower mechanical properties compared to other polymer materials used such as polyamide (PA), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), and polycarbonate (PC). The reinforcement of lignin into PLA is not only capable to improve its stiffness but also provides thermal stability and antioxidant properties in PLA/lignin biocomposite. However, the interfacial adhesion between PLA and lignin had reduced the tensile strength and elongation at break of this biocomposite. Hence, this study aimed to utilize the lignin from oil palm empty fruit bunch (OPEFB) by dioxane-based extraction in PLA/lignin biocomposite. A dioxane-based extraction method is one of the solvent extraction processes capable to extract the native structure of lignin from lignocellulosic biomass. OPEFB was used as the source of lignin due to its availability in South East Asia (SEA). The lignin extraction process was optimized by using one-factor-at-time (OFAT) and response surface method (RSM) optimization. The factors that been optimized were temperature (range: 70 to 90ºC), dioxane concentration (range: 90 to 97 %(v/v)), solvent/solid ratio (range: 6 to 10 ml/g), hydrochloric acid concentration (range: 0.1 to 0.5 M) and retention time (range: 40 to 140 min). The optimized factors were further used to extract lignin for PLA/lignin biocomposite. The PLA/lignin biocomposite samples were prepared with a lignin content of 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 wt% in filament and 3D printed form. The highest extraction yield of lignin was 10.64% by using 1,4-dioxane with 0.1M of hydrochloric acid (HCl) as an acid catalyst at 90ºC and 10 ml/g of solvent/solid ratio for 140 minutes. The extracted lignin consisted of 92% of acid-insoluble lignin and 0.1% of acid-soluble lignin. The Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM) confirmed the release of lignin with low contamination of cellulose and hemicellulose. Apart from that, lignin from OPEFB showed an additional carbonyl group in the chemical structure of lignin. Thermogravimetric analysis (TGA) showed that the extracted lignin started to degrade around 200ºC. The Young’s modulus had increased 27% after the reinforcement of 0.5 wt% of lignin (PLAL0.5) compared to PLA. No reduction in tensile strength and elongation at break was observed during the tensile test. Lignin also acted as a nucleation crystallization agent, which could increase the crystallinity of PLA/lignin biocomposite and provide mechanical strength. The differential scanning calorimetry (DSC) confirmed that the crystallinity of PLA/lignin biocomposite was increased only after 1 wt% of lignin reinforcement (PLAL1.0). The 3D printing that involved the melting and cooling process further improved the degree of crystallinity (Xc) of PLAL1.0. Hence, the PLAL1.0 was selected as the best lignin content into PLA with the highest value of Young’s modulus of 2.14 GPa. Also, no interlayer adhesion was observed in 3D printed PLAL1.0. The lignin from OPEFB by dioxane-based extraction successfully increase the stiffness without any reduction in the ductility of PLA for 3D printing application. | en_US |
dc.description.abstractarabic | تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد إحدى تقنيات التصنيع بالإضافة التي تم استخدامها على نطاق واسع في مجال التصنيع وصناعة السيارات. حمض البوليلاكتيك (PLA) هو أحد المواد المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد، ويتكون من هيكل بوليمري خطي، مما يؤدي إلى انخفاض خصائصه الميكانيكية مقارنة بالمواد البوليمرية الأخرى المستخدمة مثل البولي أميد (PA)، وأكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS)، والبولي كربونات (PC). إنّ تقوية (PLA) باللجنين لا تقتصر على تحسين صلابته فحسب، بل توفر أيضاً ثباتاً حرارياً وخصائص مضادة للأكسدة في المركب الحيوي (PLA/ اللجنين). ومع ذلك، فإن الالتصاق السطحي بين (PLA) واللجنين قد قلل من قوة الشد والاستطالة عند الكسر لهذا المركب الحيوي. ومن هنا، هدفت هذه الدراسة إلى استخدام اللجنين المستخلص من العناقيد الفارغة لثمار زيت النخيل (OPEFB) باستخدام الديوكسان في مركب (PLA/ اللجنين). وطريقة الاستخلاص المعتمدة على الديوكسان هي إحدى عمليات الاستخلاص بالمذيبات القادرة على استخلاص البنية الأصلية للجنين من الكتلة الحيوية اللّجنوسليلوزية. وقد استخدمت عناقيد (OPEFB) كمصدر للجنين نظراً لتوافرها في جنوب شرق آسيا. وتم تحسين عملية استخلاص اللجنين باستخدام عامل واحد في كل مرة (OFAT) وطريقة التحسين: سطح الاستجابة (RSM). وكانت العوامل التي تم تحسينها هي درجة الحرارة (النطاق: 70 إلى 90 درجة مئوية)، وتركيز الديوكسان (النطاق: 90 إلى 97٪ (حجم/ حجم))، ونسبة المذيب/ الصلب (النطاق: 6 إلى 10 مل/ غم)، وتركيز حمض الهيدروكلوريك (النطاق: 0.1 إلى 0.5 مولار)، ووقت الاستبقاء (النطاق: 40 إلى 140 دقيقة). وقد تم استخدام العوامل المحسّنة كذلك لاستخلاص اللجنين للمركب الحيوي (PLA/ اللجنين). حيث تم تحضير عينات المركب الحيوي (PLA/ اللجنين) بمحتوى من اللجنين بنسبة 0.5 و1.0 و1.5 و2.0 وزن٪ على شكل خيوط مطبوعة ثلاثية الأبعاد. وقد كانت أعلى إنتاجية لاستخلاص اللجنين 10.64٪، وذلك باستخدام 1، 4-ديوكسان مع 0.1 مولار من حمض الهيدروكلوريك (HCl) كمحفز حمضي عند 90 درجة مئوية و10 مل/ غم من نسبة المذيب/ الصلب لمدة 140 دقيقة. ويتكون اللجنين المستخلص من 92٪ من اللجنين غير القابل للذوبان في الحمض و0.1٪ من اللجنين القابل للذوبان في الحمض. وقد أكد تحليل فورييه الطيفي للأشعة تحت الحمراء (FTIR) والمسح المجهري الإلكتروني (SEM) إطلاق اللجنين مع انخفاض تلوث السليلوز والهيميسليلوز. وبعيداً عن ذلك، أظهر اللجنين من (OPEFB) مجموعة كربونيل إضافية في التركيب الكيميائي للجنين. كما أظهر التحليل الحراري الوزني (TGA) أن اللجنين المستخلص بدأ في الانحلال عند حوالي 200 درجة مئوية. وزاد معامل يونج بنسبة 27٪ بعد التقوية بمقدار 0.5 وزن ٪ من اللجنين (PLAL0.5) مقارنة مع (PLA). ولم يلاحظ أي انخفاض في قوة الشد والاستطالة عند الكسر أثناء اختبار الشد. كما عمل اللجنين أيضاً كعامل تبلور للتنوّي، حيث يمكنه أن يزيد من تبلور المركب الحيوي (PLA/ اللجنين) وينتج قوة ميكانيكية. كما أكد مسعر المسح التفاضلي (DSC) أن تبلور المركب الحيوي (PLA/اللجنين) قد زاد فقط بعد 1 وزن٪ من تقوية اللجنين (PLAL1.0). إنّ عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تضمنت كذلك عملية الصهر والتبريد أدت إلى تحسين درجة التبلور (Xc) للجنين (PLAL1.0)، لذلك، تم اختيار (PLAL1.0) كأفضل محتوى لجنين في (PLA) مع أعلى قيمة لمعامل يونج البالغ 2.14 جيجا باسكال. كذلك لم يلاحظ أي التصاق للطبقة البينية في المطبوع ثلاثي الأبعاد (PLAL1.0). لقد نجح اللجنين من (OPEFB) عن طريق الاستخلاص القائم على الديوكسان في زيادة الصلابة دون أي انخفاض في ليونة (PLA) في تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد. | en_US |
dc.description.callnumber | t TA 418.9 C6 M9672P 2021 | en_US |
dc.description.identifier | Thesis : Preparation and characterization of sustainable lignin from oil palm empty fruit bunch (OPEFB) for polylactic acid (PLA) biocomposite material in 3rd printing / by Mohammad Shahrizad bin Pairon | en_US |
dc.description.identity | t11100484943MohammadShahrizadBinPairon | en_US |
dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering | en_US |
dc.description.nationality | Malaysian | en_US |
dc.description.notes | Thesis (MSENG)--International Islamic University Malaysia, 2021. | en_US |
dc.description.physicaldescription | xvii, 112 leaves : color illustrations ; 30cm. | en_US |
dc.description.programme | Master of Science in Engineering | en_US |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/7200 | |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2021 | en_US |
dc.subject.lcsh | Polymeric composites -- Materials | en_US |
dc.subject.lcsh | Oil palm utilization | en_US |
dc.subject.lcsh | Additive manufacturing -- Materials | en_US |
dc.title | Preparation and characterization of sustainable lignin from oil palm empty fruit bunch (OPEFB) for polylactic acid (PLA) biocomposite material in 3rd printing | en_US |
dc.type | Master Thesis | en_US |
dspace.entity.type | Publication |
Files
Original bundle
1 - 2 of 2
Loading...
- Name:
- t11100484943MohammadShahrizadBinPairon_24.pdf
- Size:
- 2.89 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
- Description:
- 24 pages file
Loading...
- Name:
- t11100484943MohammadShahrizadBinPairon_SEC.pdf
- Size:
- 16.19 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
- Description:
- Full text secured file
License bundle
1 - 1 of 1