20411

۲۰۴۱۱

بررسي تجربي فرايند و خواص فيزيكي اسفنج هاي بر پايه نشاسته گرمانرم

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي - پليمر

۱۳۹۵

1397/11/1۶

دكتر محمد فصيحي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين پژوهش، اثر ميزان پلي وينيل الكل و نرم كننده بر خواص فيزيكي فوم هاي آلياژي بر پايه نشاسته گرمانرم (TPS) توليد شده به روش تك مرحله اي طي فرايند اكستروژن مورد مطالعه قرار گرفت. نشاسته گرمانرم از طريق واكنش نرم كننده ها با نشاسته تحت دما و برش طي فرايند اكستروژن تهيه شد. همچنين سازگاري آميزه¬هاي نشاسته/ پلي وينيل الكلِ تهيه شده به روش اكستروژن با مقادير مختلف پلي وينيل الكل مورد بررسي قرار گرفت. نتايج آزمون هاي طيف سنجي، تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و بررسي ساختار ظاهري نشاسته گرمانرم حاوي اسيد سيتريك و مقايسه آن با نمونه فاقد اسيد سيتريك نشان داد كه اسيد سيتريك با برقراري پيوندهاي هيدروژني قوي تر با نشاسته علاوه بر ذوب شدن بهتر گرانول هاي نشاسته حين فرايند به بهبود مقاومت حرارتي آن نيز كمك مي كند. نتايج آزمون پراش پرتو ايكس(XRD)، نشان دهنده ي عدم وجود گرانول هاي ذوب نشده نشاسته در ساختار نشاسته¬ي گرمانرم حاوي اسيد سيتريك و آميزه هاي آن و به تبع آن ژلاتينه شدن كامل نشاسته طي فرايند مذكور بوده و ساختارهاي بلوري پلي وينيل الكل در آميزه هاي حاوي كمتر از 50 درصد پلي وينيل الكل ديده نشد. نتايج حاصل از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و آزمون هاي ديناميكي- مكانيكي (DMA) حاكي از سازگاري بالاي دو فاز نشاسته و پلي وينيل الكل در آميزه در مقادير كمتر از 50 درصد پلي وينيل الكل بود. افزودن پلي وينيل الكل به نشاسته ي گرمانرم منجر به كاهش دماي انتقال شيشه اي نمونه شد. بررسي فوم نشاسته گرمانرم خالص و فوم هاي آلياژي نشان داد، تمامي فوم هاي آلياژي خواص فيزيكي بهتري نظير چگالي كمتر و چگالي سلولي بيشتر از خود بروز مي دهند. به طوري كه چگالي فوم خالص در بهترين حالت در فومهاي آلياژي از kg/m3 470 به kg/m3 140 و چگالي سلولي آن از cell/cm3 ۱۴/۳۰*۱۰۴ به۱۰۴ *۸۴۵/۳۵ cell/cm3 رسيد. بررسي اثر درصد نرم كننده بر خواص فوم ها نشان داد كه علي¬رغم تاثير خوب پلي وينيل الكل بر بهبود فرايند پذيري و استحكام مذاب نشاسته، به دليل اثر نرم كنندگي آن تعيين درصد مناسبي از نرم كننده در سيستم به منظور كنترل ويسكوزيته مذاب ضروري است به طوريكه كاهش درصد نرم كننده در تمامي مقادير پلي وينيل الكل منجر به بهبود چشمگير خواص فيزيكي فوم شد. نتايج بررسي هاي آناليز واريانس(ANOVA) نيز تاثيرگذاري بيشتر درصد نرم كننده نسبت به درصد پلي وينيل الكل در خواص فوم را تاييد كرد.

1398/02/14

Experimental study on the processing and physical properties of thermoplastic starch based foams

5/4/2019 12:00:00 AM

In this research the effect of polyvinyl alcohol (PVA) and plasticizer content on physical properties of starch based blended foams produced via one step extrusion process were investigated, Also the compatibility of thermoplastic starch (TPS) with different PVA content were studied. The results of the SEM and FTIR analysis confirmed that citric acid by forming strong hydrogen bond with starch helped to better fusion of starch granules, resulted in improvement of thermal stability during extrusion process. The results of XRD patterns revealed the absence of residual starch granules in the structure of the TPS containing citric acid and its blends, which means the complete plasticization process, also there was no evidence of PVA crystals in the blends containing less than 50% PVA. Both SEM and DMA confirmed the high compatibility of starch and PVA phases in the blends containing PVA below 50%. Increasing the amount of PVA in blends led to decrease the glass transition temperature of samples. All of the blended foams showed better physical properties than the net TPS foam, including lower density and higher cell density value. The density of TPS foam decreased from 470 to 140 Kg/m3 and cell density increased from 14.30 to 845 cell/cm3 in the blended foam containing 20 percent PVA. Despite the positive effect of the PVA on improving processability and melt strength of starch, it also acted as a polymeric plasticizer and decreasing the plasticizer content in TPS/PVA blends led to significant improvement in expansion ratio of foams. The results of ANOVA also confirmed the greater effect of plasticizer content than PVA content on the foam properties.