Development of nano-reinforced polypropylene with enhanced properties

datacite.contributor.SupervisorΛούτας, Θεόδωρος
datacite.contributor.SupervisorΚωσταγιαννακοπούλου, Χριστίνα
dc.contributor.authorΡαγιά, Γεωργία
dc.contributor.otherRagia, Georgia
dc.date.accessioned2026-02-26T11:11:21Z
dc.date.available2026-02-26T11:11:21Z
dc.date.issued2026-03-05
dc.degreegraduateThesis
dc.description.abstractThe present thesis investigates the development and characterization of nano-reinforced recycled polypropylene (rPP) systems aiming to improve their mechanical performance. Although recycled polypropylene offers significant environmental and economic advantages, its mechanical properties exhibit significant degradation compared to virgin material. The primary objective of this work is therefore to enhance the stiffness and strength of rPP through the incorporation of graphene related materials, thereby increasing its percentage in vPP/rPP blends without compromising overall performance. A series of reinforced rPP-based nanocomposites were fabricated using graphene nanoplatelets (GNPs) of different geometrical characteristics (C750, H5 and H15) at various weight fractions 0.8, 2.5 and 5%wt. The manufacturing process involved cryogenic pulverization of thermoplastic pellets, melt compounding through extrusion for filament production, pelletizing, and final specimen fabrication via compression molding. Processing parameters were carefully controlled to ensure dispersion stability and reproducibility. Mechanical characterization was conducted through tensile testing, while thermal behavior was evaluated using Differential Scanning Calorimetry (DSC). Scanning Electron Microscopy (SEM) was employed to examine fracture surface and nanoparticle dispersion. The results demonstrate that recycled polypropylene exhibits a marginal reduction in stiffness but a significant decrease in tensile strength compared to virgin PP. The incorporation of graphene nanoplatelets significantly improves mechanical performance at specific concentrations. In greater detail, 0.8 and 2.5%wt. C750 provided enhancement in tensile strength, while stiffness increased progressively with increasing filler content within the polymer matrix. Among the investigated formulations, the Blend 70 modified rPP demonstrated the optimal performance maintaining a balance between stiffness and strength. Overall, the study confirms that controlled nanoparticle reinforcement constitutes an effective strategy for restoring and upgrading the mechanical performance of recycled polypropylene, enabling increased recycled content in structural polymer applications while maintaining satisfactory thermal and mechanical behavior.
dc.description.translatedabstractΗ παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά την ανάπτυξη και τον χαρακτηρισμό νανο-ενισχυμένων συστημάτων ανακυκλωμένου πολυπροπυλενίου (rPP), με στόχο τη βελτίωση των μηχανικών τους ιδιοτήτων. Παρότι το ανακυκλωμένο πολυπροπυλένιο παρουσιάζει σημαντικά περιβαλλοντικά και οικονομικά πλεονεκτήματα, οι μηχανικές του ιδιότητες παρουσιάζουν σημαντική υποβάθμιση σε σύγκριση με το παρθένο υλικό. Βασικός στόχος της παρούσας μελέτης είναι η ενίσχυση της δυσκαμψίας και της αντοχής του rPP με τη ενσωμάτωση πολυστρωματικών γραφενίων , ώστε να καταστεί δυνατή η αύξηση του ποσοστού συμμετοχής του σε μίγματα vPP/rPP χωρίς υποβάθμιση της συνολικής απόδοσης. Παρασκευάστηκε σειρά νανο-ενισχυμένων συστημάτων με μήτρα rPP, ενισχυμένη με πολυστρωματικά γραφένια (GNPs) διαφορετικών γεωμετρικών χαρακτηριστικών (C750, H5 και H15) σε ποσοστά 0,8 , 2,5 και 5 %κ.β.. Η παραγωγική διαδικασία περιλάμβανε κρυογονική άλεση των θερμοπλαστικών πέλλετ, ανάμιξη και ομογενοποίηση μέσω τήξης και εξώθησης για παραγωγή νήματος, πελλετοποίηση και τελική μορφοποίηση δοκιμίων με συμπίεση σε καλούπι. Ο μηχανικός χαρακτηρισμός πραγματοποιήθηκε μέσω δοκιμών εφελκυσμού, ενώ η θερμική συμπεριφορά αξιολογήθηκε με Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης (DSC). Παράλληλα, χρησιμοποιήθηκε Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης (SEM) για τη μελέτη των επιφανειών θραύσης και της διασποράς των νανοσωματιδίων. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι το ανακυκλωμένο πολυπροπυλένιο εμφανίζει οριακή μείωση στη δυσκαμψία αλλά σημαντική μείωση στην αντοχή σε εφελκυσμό σε σύγκριση με το παρθένο πολυπροπυλένιο. Η ενσωμάτωση πολυστρωματικών γραφενίων οδηγεί σε βελτίωση της μηχανικής συμπεριφοράς σε συγκεκριμένες συγκεντρώσεις. Πιο αναλυτικά, τα ποσοστά 0,8 και 2,5% κ.β. C750 παρουσίασαν αύξηση στην αντοχή, ενώ η δυσκαμψία αυξήθηκε προοδευτικά με την αύξηση του ποσοστού της ενίσχυσης στο εσωτερικό του πολυμερούς. Μεταξύ των εξεταζόμενων συστημάτων, το μίγμα (Blend 70% κ.β. νανο-ενισχυμένο rPP με παρθένο PP) παρουσίασε την βέλτιστη συμπεριφορά, διατηρώντας ισορροπία μεταξύ δυσκαμψίας και αντοχής. Συνολικά, η μελέτη επιβεβαιώνει ότι η ελεγχόμενη νανο-ενίσχυση αποτελεί αποδοτική στρατηγική για την αποκατάσταση και αναβάθμιση της μηχανικής απόδοσης του ανακυκλωμένου πολυπροπυλενίου, επιτρέποντας την αύξηση του ποσοστού του στο εσωτερικό δομικών πολυμερικών εφαρμογών , διατηρώντας παράλληλα ικανοποιητική θερμική και μηχανική συμπεριφορά.
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10889/31450
dc.language.isoen
dc.subjectRecycled polypropylene
dc.subjectGraphene nanoplatelets
dc.subjectPolymer nanocomposites
dc.subjectMechanical reinforcement
dc.subjectStructure-property relationships
dc.subject.alternativeΑνακυκλωμένο πολυπροπυλένιο
dc.subject.alternativeΝανοσύνθετα πολυμερή
dc.subject.alternativeΝανοπλακίδια γραφενίου
dc.subject.alternativeΜηχανική ενίσχυση
dc.subject.alternativeΣχέσεις δομής-ιδιοτήτων
dc.titleDevelopment of nano-reinforced polypropylene with enhanced properties
dc.title.alternativeΑνάπτυξη νανο-ενισχυμένου πολυπροπυλενίου με βελτιωμένες ιδιότητες

Files

Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
DT_M_Ραγιά_Γεωργία_1059803.pdf
Size:
25.23 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
License bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
license.txt
Size:
5.02 KB
Format:
Item-specific license agreed upon to submission
Description: