Bachelor's Thesis

Preparation and characterization of thermoplastic starch

Final Thesis 3.94 MB

Author of thesis: Bc. Jan Tuhovčák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Josef Petruš, Ph.D.

Reviewer: Mgr. František Kučera, Ph.D.

Abstract:

The bachelor's thesis focuses on the preparation and characterization of thermoplastic starch (TPS), primarily from the perspective of processing parameters (temperature, kneader chamber filling degree, and screw speed), preparation procedure (plasticizer diffusion time), and the application of various types of plasticizers (1,4-butanediol, glycerol, sorbitol, propylene glycol, an ethylene oxide–propylene oxide copolymer, and polypropylene glycol diglycidyl ether).In the first phase of the experimental part, the processing parameters were optimized based on the time dependence of torque during the plasticization process in a laboratory kneader. Under the optimized processing conditions, the plasticizing efficiency of individual low-molecular-weight and high-molecular-weight plasticizers was evaluated.In the second phase, suitable TPS samples were examined to determine the effect of plasticizer type, plasticizer concentration, and preparation conditions on tensile mechanical properties (strength and elongation at break), Shore A hardness, moisture absorption, melt volume rate (MVR) and glass transition temperature (DSC).

Keywords:

Starch, thermoplastic starch, plasticiser, mechanical properties,

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student při prezentaci práce na téma Příprava a charakterizace termoplastického škrobu komisy nejdříve seznámil s problematikou a použitím termoplastckého škrobu, motivací své práce a jejími cíli. Následně pohovořil o optimalizaci zpracovatelských parametrů, vlivu nízkomolekulárních změkčovadel na průběh změkčování, výsledky tahové zkoušky, procentuální navlhavost, vliv na krystalinitu a objemový index toku v tavenině. Po shrnutí výsledků byl komisí vyzván k odpovědím na otázky oponenta: 1) Prosím definujte pojem funkčnost změkčovadla při použití pro změkčování škrobu. Jakou funkčnost bude mít polypropylenglykol diglycidyl éther? 2) V práci zmiňujete polypropylenglykol diglycidyl ether (PPGDE) jako možné změkčovadlo škrobu. K jaké interakci při zpracování v tavenině mezi škrobem a PPGDE dochází a jakou strukturu bude mít výsledný produkt? 3) V teoretické části zmiňujete polymerní změkčovadla jako velmi účinná, ale z praktické části jste je vyloučil. Můžete vysvětlit důvody? 4) "V kapitole 4.1.8 prezentujete ""vliv změkčování na míru interakcí škrob-změkčovadlo"". Můžete prosím vysvětlit interakci škrob-změkčovadlo na strukturních vzorcích obou látek a definovat, co je prezentovanou mírou interakce? " 5) Využití FTIR spektroskopie jste provedl podle citace [32]. Můžete prosím odprezentovat přesně jakou reakcí se autoři tohoto článku zabývali a k jakému pozorování FTIR použili? Aplikoval jste postup autorů správně na změkčování škrobu? 6) "Můžete prosím vysvětlit jaká modifikační reakce škrobu pro jeho ""změkčení"" se provádí průmyslově při výrobě termoplastických škrobů, např. při výrobě materiálu Mater-Bi od firmy Novamont S.p.A.?" Po zodpovězení otázek oponenta položila komise neměla žádné další otázky. Na položené otázky student velmi dobře odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Materials Science

Study programme

Chemistry and Technology of Materials (BPCP_CHTM)

Composition of Committee

doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (předseda)
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (člen)
Ing. Lucie Keršnerová, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Másilko, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ladislav Omelka, DrSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Josef Petruš, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá přípravou a charakterizací termoplastického škrobu (TPS) se zaměřením na posouzení strukturně odlišných změkčovadel a podmínek přípravy. Student na úvod práce zpracoval literární rešerši na dané téma, jejiž informační hodnota mohla být vyšší, byť rozsahově je vyhovující. V rámci experimentální části student použil zvolená změkčovadla pro změkčování pšeničného škrobu při různých podmínkách difúze změkčovadla do škrobových zrn a při různých podmínkách v samotném zpracovatelském zařízení pro optimalizaci postupu přípravy TPS. Právě tato část práce je, co do vyhodnocení a interpretace dat, nejhodnotnější a poskytuje srozumitelné výstupy, které nejsou v odborné literatuře příliš publikovány. Současně byla v rámci experimentální práce připravena škála vzorků, jejichž výsledky nebyly v bakalářské práci publikovány, a ačkoli nepřinesly pozitivní výsledky, mají svoji hodnotu a přispěly k optimalizaci přípravy TPS. Popis studovaných parametrů na vlastnosti TPS je potom mnohdy matoucí, práce obsahuje také typografické chyby, které jsou, jako některé další nedostatky, důsledkem slabší literární rešerše a nedokonalého time-managementu studenta, který tak práci vypracoval pod značným časovým tlakem, byť se značným úsilím. 
Na základě uvedeného hodnocení doporučuji práci k obhajobě a navrhuji hodnocení B - velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Závěry práce a jejich formulace B
Využívání konzultací při řešení práce B
Celkový přístup k řešení úkolů A
Splnění požadavků zadání B
Studium literatury a její zpracování C
Využití poznatků z literatury B
Points proposed by supervisor: 85

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Mgr. František Kučera, Ph.D.

Student zpracoval bakalářskou práci zabývající se změkčováním škrobu, což je poměrně dobře prozkoumaná oblast s řádově tisíci publikací, čemu neodpovídá počet využitých literárních zdrojů, zejména postrádám odkazy na vhodné review články zaměřené na změkčování škrobů v literární části. Nicméně i přesto je literární část zpracována logicky a věcně správně. Na experimentální části hodnotím pozitivně logický postup optimalizace procesních parametrů ovlivňujících průběh změkčování. Výsledky jsou zpracovány mnohdy nečitelně, popisy obrázků a tabulek jsou neúplné, místy formálně chybné, např. popis hodnot časové osy na obr. 20 některé výsledky jsou nevysvětleně odlehlé (obr. 20) nebo grafy nepřehledné, např. obr. 26. V teoretické části je uvedena metoda SEM, v praktické části není zobrazovací metoda využita. Jako problematickou lze označit interpretaci výsledků a jejich diskuzi, která se velmi často soustřeďuje na popis pozorování a výsledky nejsou porovnány se vstupními předpoklady. Nesprávně je použita metoda FTIR k hodnocení úbytku OH skupin ve vzorcícíh, nesprávně je uveden polypropylenglykoléter jako změkčovadlo. Není dostatečně vysvětlen neúspěch při použití polymerních změkčovadel. Formálně práce obsahuje kromě chyb věcných i řadu chyb formálních: plasticiser namísto plasticizer v klíčových slovech, osamocené znaky na koncích řádků nebo °C na začátku řádku, překlepy, chyby ve velikosti písma i řádkování, nefunkční odkazy u literatury, naprosto nedostatečný a neupravený seznam zkratek.
Z uvedených důvodů hodnotím bakalářskou práci stupněm dobře - C.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání B
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků C
Interpretace výsledků, jejich diskuse D
Využití literatury a její citace C
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem C
Závěry práce a jejich formulace C
Topics for thesis defence:
  1. Prosím definujte pojem funkčnost změkčovadla při použití pro změkčování škrobu. Jakou funkčnost bude mít polypropylenglykol diglycidyl éther?
  2. V práci zmiňujete polypropylenglykol diglycidyl ether (PPGDE) jako možné změkčovadlo škrobu. K jaké interakci při zpracování v tavenině mezi škrobem a PPGDE dochází a jakou strukturu bude mít výsledný produkt?
  3. V teoretické části zmiňujete polymerní změkčovadla jako velmi účinná, ale z praktické části jste je vyloučil. Můžete vysvětlit důvody?
  4. V kapitole 4.1.8 prezentujete "vliv změkčování na míru interakcí škrob-změkčovadlo". Můžete prosím vysvětlit interakci škrob-změkčovadlo na strukturních vzorcích obou látek a definovat, co je prezentovanou mírou interakce?
  5. Využití FTIR spektroskopie jste provedl podle citace [32]. Můžete prosím odprezentovat přesně jakou reakcí se autoři tohoto článku zabývali a k jakému pozorování FTIR použili? Aplikoval jste postup autorů správně na změkčování škrobu?
  6. Můžete prosím vysvětlit jaká modifikační reakce škrobu pro jeho "změkčení" se provádí průmyslově při výrobě termoplastických škrobů, např. při výrobě materiálu Mater-Bi od firmy Novamont S.p.A.?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová