{"id":15161,"date":"2026-05-13T15:34:45","date_gmt":"2026-05-13T15:34:45","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/simon-schick\/"},"modified":"2026-05-13T15:35:02","modified_gmt":"2026-05-13T15:35:02","slug":"simon-schick","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/simon-schick\/","title":{"rendered":"Simon Schick"},"content":{"rendered":"","protected":true},"excerpt":{"rendered":"","protected":true},"author":7,"featured_media":15162,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-15161","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Degradation by Design","samenvatting":"De impact van microplastics op de menselijke gezondheid is groot [1-3]. Dit probleem is voornamelijk het gevolg van het gebrek aan recycling van plastic consumenten afval wat nu minder dan 10% wereldwijd per jaar bedraagt [4]. Ook al word recycling beschouwd als de meest kritische troef van de circulaire economie, gaat dit vaak gepaard met aanzienlijke obstakels in het dagelijks leven. Naast dat de enorme hoeveelheid afval moet worden ingezameld en gesorteerd, moet een groot deel van het recycling netwerk beter worden beheerd [5]. Wat op dit moment in het milieu terechtkomt zijn voornamelijk producten van niet-afbreekbare polymeren. De producten van deze afvalstroom ondergaat degradatie en hoopt zich zo op als microplastics in het milieu [6]. Zelfs bij verwijdering via stortplaatsen komen er vaak microplastics in het milieu terecht [7]. De overstap naar een biobased en afbreekbaar alternatief kan een deel van dit microplasticprobleem verzachten door de plastic dat in het milieu terecht komt af te breken.\n\nHoewel de strijd tegen microplastics cruciaal is, biedt het potentieel van biobased en afbreekbare polymeren hoop in het duurzaamheidslandschap. Deze biopolymeren, die steeds vaker in de literatuur worden bestudeerd [8, 9], kunnen de markt potentieel revolutioneren. Ondanks hun beperkte acceptatie, zoals blijkt uit de tragere groei van het marktvolume van biopolymeren, zijn hun duurzaamheidsvoordelen onmiskenbaar.\n\nOm beide uitdagingen aan te pakken, bestudeert dit proefschrift de nieuwe benadering van \"Degradation-by-design\" voor biobased en composteerbare biopolymeren. Hiervoor zijn verschillende doelstellingen bereikt:\n\u2022 Het spinnen van thuiscomposteerbare biopolymeren naast een petrochemisch alternatief op dezelfde spinschaal.\n\u2022 Er werd waargenomen dat als smeltbindende vezels worden gemaakt van thuis-composteerbare biopolymerent PBAT en PBS mogelijke kandidaten zijn om geschikte fysieke eigenschappen te bereiken.\n\u2022 De eigenschappen van de gesponnen multi-filamenten van biopolymeren en PP verschillen aanzienlijk, hoewel PBAT en PBS vezels vormen met meer dan 10 cN\/tex.\n\u2022 Een onderzoek naar de impact van het vezeloppervlak op de afbreekbaarheid van PLA en PBS toont een significant effect op de afbraaksnelheid van PLA.\n\u2022 Er werd een nieuwe vergelijkingsparameter ge\u00efntroduceerd, waarbij de omtrek van een vezel werd vergeleken met de dwarsdoorsnede. Deze \"omtrek-doorsnede-oppervlakteverhouding\" (CCR) heeft een aanzienlijke impact, met name voor PLA, waarbij een grotere CCR is verbonden met snellere afbraak.\n\u2022 PLA en PBS vertonen tegengesteld gedrag met betrekking tot de afbraaksnelheid, wat kan worden verbonden met een mogelijke verdere kristallisatie van PBS tijdens de afbraak vanwege zijn Tg.\n\u2022 Een onderzoek naar de impact van de verblijftijd in the natuur op de afbreekbaarheid van PLA en PBS toont significante proces ge\u00efnduceerde afbraak voor PLA, wat later leidt tot snellere afbraak.\n\u2022 Door de monsters bloot te stellen aan een versneld afbreek traject v\u00f3\u00f3r desintegratie werd de algehele impact van de eerdere afbraakgeschiedenis onderzocht. De significante impact van voorafgaande blootstelling van de monsters v\u00f3\u00f3r desintegratie werd waargenomen in beide afbraakstudies.\n\u2022 De methode van \"Degradatie-by-Design\" als een mogelijk einde-van-de-levensduurscenario voor \"single-use\" textiel voegt een andere materiaalstroom toe tussen verbranding en recycling. Dit moet worden overwogen in de productontwerpfase, zodat het product afbreekbaar kan worden ontworpen als recycling geen optie is. De sleutelfactor is de waarschijnlijkheid dat een product in het milieu terechtkomt. Deze methode wordt in meer detail samengevat in het volgende hoofdstuk.\n\nHoofdstuk 1 presenteert het spinproces en het polymeerdegradatieproces. Dit omvat de huidige state-of-the-art processen, zoals het smeltspinnen en degraderen van thuis-composteerbare biopolymeren. Naast beide processen wordt de verbinding grondig besproken en wordt een mogelijke toepassingsmogelijkheid gepresenteerd met het toepassingsprofiel van een theezakje.\n\nHoofdstuk 2 behandelt het spinnen van de meest algemeen beschikbare thuis-composteerbare biopolymeren (TPS, PBAT en PBS) op dezelfde machineschaal als een PP, dat daarnaast wordt verwerkt en getest. Tot nu toe heeft de literatuur geen vergelijking gepresenteerd waarbij thuis-composteerbare biopolymeren werden gesponnen en vergeleken met een petrochemisch alternatief. De fysieke eigenschappen werden geselecteerd voor een smeltbindende vezeltoepassing bij meer dan 10 cN\/tex. PP vertoonde de hoogste fysieke eigenschappen van alle geteste materialen door fysieke, reologische prestaties en degradatie te vergelijken als gevolg van het spinproces. PBS vertoonde de beste fysieke eigenschappen van de thuis-composteerbare biopolymeren, gevolgd door PBAT. TPS heeft geen vezels gevormd. De resultaten laten zien dat thuis-composteerbare biopolymeren kunnen worden gebruikt in toepassingen zoals smeltbindende vezels door fysieke eigenschappen van meer dan 10 cN\/tex te bereiken. Bovendien kunnen de thuis-composteerbare biopolymeren worden verwerkt op dezelfde spinapparatuur en, tot op zekere hoogte, met dezelfde instellingen als het petrochemische alternatief.\n\nHoofdstukken 3 en 4 behandelen studies waarbij verschillende procesparameters het degradatiegedrag van PLA- en PBS-monsters be\u00efnvloeden. Hiervoor werd de degradatietest in de literatuur nauwkeurig bestudeerd. In de literatuur wordt de geschiedenis van een monster in een degradatiescenario niet overwogen, verwijzend naar een mogelijke voorafgaande blootstelling door andere degradatiemechanismen. Als we een theezakje als voorbeeld uit de inleiding beschouwen, lijken verschillende mechanismen parallel te lopen, afhankelijk te zijn van of achtereenvolgens te worden uitgevoerd als een theezakje in de onbeheerde afvalstroom terechtkomt. Om deze reden werd een afbreek traject ge\u00efntroduceerd v\u00f3\u00f3r een desintegratietest, waarbij de eerste fase van degradatie zo dicht mogelijk bij de echte omstandigheden werd gesimuleerd. Om de impact van zulke omstandigheden te kunnen vaststellen werden de monsters dan vergelijken met een controle. De monsters werden over het degradatie traject getest met DSC, GPC en FTIR. De tests werden uitgevoerd in de vorm van granulaat, vezel, verouderde, gedesintegreerde en verouderde + gedesintegreerde monsters. Dit maakt het mogelijk om de respectievelijke procesparameters en hun degradatiegedrag te bestuderen met een nauwkeurige observatie in elk stadium.\n\nHoofdstuk 3 onderzoekt verschillende vezeloppervlakken door een nieuwe \"Circumference-Cross Sectional Ratio\" (CCR) parameter te introduceren om verschillende vezeldoorsneden en hun impact op de degradatiesnelheid te vergelijken. Deze studie vergelijkt PBS, het best presterende thuis-composteerbare biopolymeer [10], met PLA, het meest gebruikte biopolymeer [11], in zes verschillende doorsneden. De verschillende vergeleken doorsneden zijn vier verschillende ronde vezels, een C-vormige en een trilobale vorm. De dwarsdoorsnedevorm werd vastgelegd met SEM-beelden om de verschillende vezels te vergelijken, en de omtrek en dwarsdoorsnede werden bepaald met ImageJ. De degradatie en het testen van de monsters werden uitgevoerd zoals hierboven vermeld. De hogere CCR is verbonden met een aanzienlijk snellere degradatie voor PLA met drie volledig gedegradeerde monsters. PBS vertoont geen volledig gedegradeerd monster en er is een tegengesteld gedrag met betrekking tot CCR, waarbij een hogere CCR leidt tot een lagere degradatie. Dit werd verbonden met een verdere kristallisatie van de PBS-monsters, wat leidde tot een lagere degradatiesnelheid van de PBS-monsters. Verder werd de impact van veroudering op het vezeloppervlak waargenomen: virgin vezels vertoonden geen oppervlakteverandering, terwijl verouderde vezels een oppervlakteverandering vertoonden voor PLA. De dwarsdoorsnede van de PLA-monsters vertoonde ook een broze dwarsdoorsnede, die niet werd waargenomen voor de PBS-monsters.\n\nHoofdstuk 4 richt zich op verschillende afbreek tijden om de invloed van proces ge\u00efnduceerde degradatie en de vertaling ervan naar de degradatie in het gepresenteerde afbreek traject te bestuderen. PLA en PBS werden gesponnen op Lab-, Pilot- en Industri\u00eble schaal, waardoor de verblijftijd van Lab- naar Industri\u00eble naar Pilot-schaal werd verlengd. Voor PLA leidden langere verblijftijden tot volledige degradatie in de beschreven degradatie-instelling. Dit verband tussen een langere verblijftijd en een snellere degradatie werd niet waargenomen voor PBS. Dit resultaat toont een duidelijk verband tussen proces ge\u00efnduceerde degradatie en een snellere degradatie later. Bovendien, als biopolymeren worden overwogen voor degradatiestudies, wordt dit in de literatuur gerealiseerd door het testen van virgin vezels op laboratoriumschaal. Die vezels verschillen aanzienlijk van industrieel gesponnen vezels vanwege proces ge\u00efnduceerde degradatie. Dit, verbonden met het verouderingsaspect in de degradatiestudie (degradatiegeschiedenis), toont aan dat virgin vezels van het spinnen op laboratoriumschaal en industrieel gesponnen producten in de natuur terechtkomen (verouderd door verwering) voordat ze worden afgebroken, met aanzienlijke verschillen in degradatie traject.\n\nHoofdstuk 5 bied een kritisch overzicht van de obstakels die biopolymeren tegenkomen bij het betreden van de markt. De significante toename van gepubliceerde onderzoeken in het afgelopen jaar verschilt van de slechts lichte toename van het marktvolume van biopolymeren in vergelijking met het petrochemische alternatief. Op basis van een vergelijking van toepassing specifieke vereisten en ecologische en economische standpunten, wordt de mogelijkheid om de afbreekbaarheid aan te passen met het spinproces gepresenteerd als een nieuw toegangspunt voor biopolymeren om de markt te betreden. Deze benadering wordt ge\u00efntroduceerd als \"Degradation-by-Design\" en wordt ge\u00efmplementeerd in de productontwerpfase. Door een product zo te ontwerpen dat recycling verwacht word, zal recycling worden bevoordeeld vanuit het oogpunt van de circulaire economie. Wanneer recycling echter onmogelijk is vanwege de verontreiniging van het product of de afwezigheid van de mogelijkheid om de beheerde afvalstroom te betreden, komt het product in de onbeheerde afvalstroom terecht. In dat geval wordt het materiaal afgevoerd voor verbranding of stort. Als het product in de natuur terechtkomt door storten of een onbeheerde afvalstroom, moet een degradatie-by-design-benadering worden ge\u00efmplementeerd, zodat het product na verloop van tijd afbreekt. De ontdekte obstakels zijn:\n\u2022 Besparing van ontwikkelingstijd en dus ontwikkelingskosten in relatie tot Degradation-by Design.\n\u2022 \u201cDegradation-by-Design\", specifiek voor de plaats van gebruik, aangezien verschillende klimaatomstandigheden de degradatie be\u00efnvloeden.\n\u2022 In tegenstelling tot \"drop-in\" polymeren bieden biobased en afbreekbare polymeren een aanzienlijk prestatievoordeel. Dit onderstreept hun potenti\u00eble voordelen en moedigt aan om hun gebruik te overwegen.\n\u2022 Biopolymeren zouden verwerkbaar moeten zijn op dezelfde productiesystemen, aangezien er weinig interesse en bereidheid is om nieuwe verwerkingsapparatuur te bouwen.\n\u2022 Met een klein aantal polymeerleveranciers is er een dringende behoefte aan meer concurrentiedruk in de industrie. Dit benadrukt het huidige gebrek aan zekerheid voor bedrijven en moedigt het publiek aan om de implicaties voor hun bedrijf te overwegen.\n\nHet voordeel van afbreekbaarheid is alleen tot op zekere hoogte aantrekkelijk voor een hogere prijs.","summary":"The impact of microplastics on human health is omnipresent [1-3]. This problem results primarily from consumers\u2019 plastic waste lack of recycling performance of under 10% globally per year [4]. If recycling is considered the most critical asset of the circular economy, this is often associated with considerable hurdles in everyday life. In addition to the enormous amount of waste that has to be collected and sorted, a not inconsiderable amount of waste falls through the recycling grid as a mismanaged waste stream [5]. What ends up in the environment, mainly products from non-degradable polymers, as a mismanaged waste stream is broken down physically and thus accumulates as microplastics in the environment [6]. Even disposal through landfill contains a possible microplastic entry point [7]. The switch to a bio-based and degradable alternative can mitigate part of this microplastic issue, with the breaking down of the product in a natural environment.\n\nWhile the battle against microplastics is crucial, the potential of bio-based and degradable polymers offers hope in the sustainability landscape. These biopolymers, increasingly studied in the literature [8, 9], can potentially revolutionize the market. Despite their limited acceptance, as evidenced by the slower market volume growth of biopolymers, their sustainability benefits are undeniable.\n\nTo address both challenges, this dissertation studies the novel approach of \"Degradation-by-design\" for biobased and compostable biopolymers. For this, different objectives have been accomplished:\n\u2022 Spinning home-compostable biopolymers alongside a petrochemical alternative on the same spinning scale.\n\u2022 It was observed that if melt-binding fibers are made from home-compostable biopolymers, PBAT and PBS are possible candidates for achieving suitable physical properties.\n\u2022 The properties of the spun multifilaments of biopolymers and PP differ significantly, though PBAT and PBS form fibers with over 10 cN\/tex.\n\u2022 An investigation of the impact of fiber surface area on the degradability of PLA and PBS shows a more significant effect on the degradation rate of PLA.\n\u2022 A novel comparison parameter was introduced, where the circumference of a fiber was compared to the cross-sectional area. This \"Circumference-Cross-sectional Area Ratio\" (CCR) significantly impacts, especially for PLA, where a larger CCR is connected to faster degradation.\n\u2022 PLA and PBS show opposite behavior regarding the degradation rate, which can be connected to a possible further crystallization of PBS while degrading due to its Tg.\n\u2022 An investigation of the impact of dwell time on the degradability of PLA and PBS shows significant process-induced degradation for PLA, which leads to faster degradation later.\n\u2022 Exposing the samples in an accelerated weathering trial before disintegration examined the overall impact of the prior degradation history. The significant impact of pre-exposure of the samples before disintegrating them was observed in both degradation studies.\n\u2022 The method of \u201cDegradation-by-Design\u201d as a possible end-of-life scenario for single-use textiles adds another material flow between incineration and recycling. This needs to be considered in the product design phase so the product can be designed degradable if recycling is not an option. The key factor is the likelihood of a product ending up in the environment. The method is summarized in more detail in the next chapter.\n\nChapter 1 presents the spinning process and the polymer degradation process. This covers the current state-of-the-art processes, such as home-compostable biopolymers' melt-spinning and degradation. Besides both processes, the connection is discussed thoroughly, and a possible application possibility is presented with the application profile of a tea bag.\n\nChapter 2 covers spinning the most widely available home-compostable biopolymers (TPS, PBAT and PBS) on the same machine scale as a PP, which is processed and tested alongside. So far, the Literature has not presented a comparison where home-compostable biopolymers were spun and compared to a petrochemical alternative. The physical properties were selected for a melt-binding fiber application at above 10 cN\/tex. PP showed the highest physical properties of all tested materials by comparing physical, rheological performance and degradation due to the spinning process. PBS showed the best physical properties of the home-compostable biopolymers, followed by PBAT. TPS has not formed fibers. The results show that home-compostable biopolymers can be used in applications such as melt-binding fibers by achieving physical properties of above 10 cN\/tex. Furthermore, the home-compostable biopolymers can be processed on the same spinning equipment and, to a certain extent, with the same settings as the petrochemical alternative.\n\nChapters 3 and 4 cover studies where different process parameters impact the degradation behavior of PLA and PBS samples. For this, the degradation testing in the Literature was reviewed closely. In Literature, the history of a sample in a degradation scenario is not considered, referring to a possible pre-exposure by other degradation mechanisms. Considering a tea bag as an example from the introduction, different mechanisms appear parallel, depend on, or run consecutively if a tea bag enters the unmanaged waste stream. For this reason, a quick weathering step was introduced before a disintegration test, depicting the first stage of degradation as close to real-world conditions as possible. To establish the importance of considering the impact of a possible pre-exposure before further degradation, the samples were tested in an aged and a virgin state. The samples were tested in DSC, GPC, and FTIR along the degradation path. The tests were performed at the stages of granulate, fiber, aged, disintegrated, and aged+disintegrated samples. This enables the study of the respective process parameters and their degradation behavior with a close observation at every stage.\n\nChapter 3 considers different fiber surface areas by introducing a novel \"Circumference-Cross Sectional Ratio\" (CCR) parameter to compare different fiber cross-sections and their impact on the degradation rate. This study compares PBS, the best-performing home-compostable biopolymer [10], to PLA, the most commonly used Biopolymer [11], in six different cross-sections. The different cross-sections compared are four different round fibers, a C-shaped and a trilobal shape. The cross sectional shape was captured with SEM images to compare the different fibers, and the circumference and cross-sectional area were determined with ImageJ by measuring. The degradation and testing of the samples were carried out as mentioned above. The higher CCR is connected to a significantly faster degradation for PLA with three utterly degraded samples. PBS shows no utterly degraded sample, and there is an opposite behavior regarding CCR, where a higher CCR leads to a lower degradation. This was connected to a further crystallization of the PBS samples, leading to a lower degradation rate of the PBS samples. Furthermore, the impact of aging on the fiber surface was observed: virgin fibers showed no surface change, while aged fibers showed a surface change for PLA. The cross-section of the PLA samples also showed a brittle cross-section, which was not observed for the PBS samples.\n\nChapter 4 focuses on different dwell times to study the influence of process-induced degradation and its translation to the degradation in the presented degradation path. PLA and PBS were spun on Lab, Pilot, and Industrial scale, increasing dwell time from Lab to Industrial to Pilot scale. For PLA, longer dwell times lead to utter degradation in the described degradation setting. This connection between a longer dwell time and a faster degradation was not observed for PBS. This result shows a clear connection between process-induced degradation and a faster degradation later.\n\nFurthermore, if Biopolymers are considered for degradation studies, in literature, this is realized by testing lab-scale virgin fibers. Those fibers differ significantly from industrially spun fibers due to process-induced degradation. This, connected to the aging aspect in the degradation study (degradation history), shows that virgin fibers from the lab-scale spinning and products spun industrially end up in nature (being aged due to weathering) before degrading, showing significant differences in their degradation behavior.\n\nChapter 5 critically argues what hurdles biopolymers face while entering the market. The significant increase in research articles published over the last year differs from the only slight increase in market volume of biopolymers compared to the petrochemical alternative. Based on a comparison of application-specific requirements and ecological and economic points of view, the possibility of tailoring the degradability with the spinning process is presented as a new point of entry for biopolymers to enter the market. This approach is introduced as \"Degradation-by-Design\" and is implemented in the product design phase. Designing a product in a way that recycling is plan A, recycling has to be favored from a circular economy point of view. However, when recycling is impossible due to the contamination of the product or the absence of the possibility of entering the managed waste stream, the product enters the unmanaged waste stream. In that case, the material is disposed of via incineration in landfills or the form of an unmanaged waste stream. If the product ends in nature due to landfilling or an unmanaged waste stream, a degradation-by-design approach needs to be implemented so that the product breaks down over time. The discovered hurdles are:\n\u2022 Saving development time and thus development costs in relation to the Degradation-by Design.\n\u2022 \u201cDegradation-by-Design\u201d, specifically for the place of use, as different climatic conditions influence degradation.\n\u2022 Unlike drop-in polymers, bio-based and degradable polymers offer a significant performance advantage. This underscores their potential benefits and encourages consideration of their use.\n\u2022 Biopolymers should be processable on the same production systems, as there is little interest and willingness to build new processing equipment.\n\u2022 With a small number of polymer suppliers, there is a pressing need for more competitive pressure in the industry. This highlights the current lack of security for companies and encourages the audience to consider the implications for their businesses.\n\u2022 The benefit of degradability is only attractive to a certain extent for a higher price.","auteur":"Simon Schick","auteur_slug":"simon-schick","publicatiedatum":"9 juli 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/simonschick?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/1b8f5162-fd14-4655-a3ca-3d7956ffcad0\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"18695","isbn":"978-94-6534-373-0","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Universiteit Maastricht","afbeeldingen":15163,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Universiteit Maastricht","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15161","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=15161"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15161\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":15164,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15161\/revisions\/15164"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/15162"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=15161"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=15161"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}