28180

بررسي مورفولوژي و خواص مكانيكي آلياژهاي پلي‌لاكتيك‌اسيد/ نشاسته ترموپلاستيك

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- مهندسي پليمر

1399

1401/12/14

محمد فصيحي دستجردي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

آلودگي‌هاي زيست‌محيطي ناشي از پلاستيك‌هاي انباشته شده در طبيعت و زيست‌تخريب‌ناپذير، به يك معضل براي جامعه امروزي تبديل شده است. پليمرهاي زيست‌تخريب‌پذير با منشاء طبيعي در دهه‌هاي اخير توجه دانشمندان و محققان زيادي را در سراسر جهان به خود جلب كرده‌اند. در اين تحقيق آميزه‌هاي دو پليمر زيست‌تخريب‌پذير پلي(لاكتيك اسيد) به عنوان ماتريس و نشاسته ترموپلاستيك به عنوان فاز پراكنده و همچنين كاهش دهنده قيمت مورد مطالعه قرار گرفتند؛ ابتدا آميزه‌ها در دو تركيب درصد (20:80) و (40:60) و همراه با نرم‌كننده پلي(اتيلن گلايكول)-400 با محتواي phr 10، phr 20 و phr 30 به روش اختلاط مذاب تهيه شدند. با انجام آزمون كشش، آزمون ضربه و مشاهده مورفولوژي آميزه‌ها، مشخص شد آميزههاي (20:80) از سازگاري و خواص مكانيكي قابل قبولي برخوردار بوده و با افزودن phr20 پلي(اتيلن گلايكول)-400 به اين تركيب با حفظ استحكام كششي و مدول الاستيك به ترتيب در 17.19 و 563.2 مگاپاسكال، كرنش در شكست 33.5% حاصل شد. در آميزه‌هاي (40:60) استحكام كششي و مدول الاستيك به ميزان %63.7 و 35.8% افت پيدا كردند. پس از مطالعه خواص بدست آمده، آميزه‌ها با محتواي نرم‌كننده phr 30 نيز به علت عدم جذب كامل نرم‌كننده ميان فازها و افت خواص، كنار گذاشته شد. در ادامه به منظور بررسي اثر نوع نرم‌كننده بر خواص آميزه‌ها، دو ماده پلي(اتيلن گلايكول)-4000 و دي‌اكتيل‌ترفتالات به عنوان نرم‌كننده‌هاي جديد با تركيب درصد بهينه (20:80) و محتواي phr20 مورد استفاده قرار گرفتند. با بررسي خواص مكانيكي مشخص شد آميزه حاوي دي‌اكتيل ترفتالات با كرنش 66.8% نسبت به دو نرم‌كننده‌ ديگر عملكرد بهتري داشته و توانست مشكل شكنندگي ماتريس پلي(لاكتيك اسيد) را تا حد مطلوبي كاهش دهد. افزودن‌ نرم‌كننده به آميزه‌هاي پلي(لاكتيك اسيد)/ نشاسته ترموپلاستيك باعث كاهش دماي انتقال شيشه‌اي و دماي ذوب و افزايش درصد بلورينگي شد. دي‌اكتيل‌ترفتالات با افزايش ميزان بلورينگي تا 46.7% و تاثير بر ساختار بلوري در آميزه و كاهش دماي انتقال شيشه‌اي تا ℃39.4، شكنندگي را كاهش داد كه با نتايج خواص مكانيكي بدست آمده همخواني دارد. با بررسي مورفولوژي آميزه‌ها، سازگاري بيشتر و توزيع يكنواخت‌تري براي آميزه حاوي دي‌اكتيل ترفتالات و پلي(اتيلن گلايكول)-400 كوچك مولكول در مقايسه با پلي(اتيلن گلايكول)-4000 مشاهده شد. پس از انجام آزمون زاويه تماس مشخص شد تمامي آميزه‌هاي ساخته شده آب‌دوست بوده و با افزودن نشاسته ترموپلاستيك و نرم‌كننده‌ها به ماتريس پلي(لاكتيك اسيد)، ميزان آب‌‌دوستي آن افزايش مي‌يابد. آميزه حاوي پلي(اتيلن گلايكول)-4000، نيز به عنوان آب‌دوست‌ترين نمونه با زاويه 36.8 درجه شناخته شد.

1402/02/11

Investigating the morphology and mechanical properties of polylactic acid/thermoplastic starch alloys

3/4/2024 12:00:00 AM

Environmental pollution caused by non-biodegradable plastics accumulated in nature has become a problem for today's society. Biodegradable polymers of natural origin have attracted the attention of many scientists and researchers around the world in recent decades. In this research, alloys of two biodegradable polymers, poly(lactic acid) as a matrix and thermoplastic starch as a dispersed phase and also as a price reducer were studied; First, the alloys were prepared in two percent combinations (80:20) and (60:40) and with poly(ethylene glycol)-400 plasticizer with 10, 20 and 30 phr content by melt mixing method. By performing the tensile test, impact test and observing the morphology of the alloys, it was found that the alloys (80:20) had acceptable compatibility and mechanical properties, and by adding 20 phr PEG-400 to this composition, it maintained the tensile strength and elastic modulus. 17.19 and 563.2 MPa respectively, the elongation at break was 33.5%. In the alloys (60:40), tensile strength and elastic modulus decreased by 63.7% and 35.8%. After studying the obtained properties, the alloys with 30 phr plasticizer content were also discarded due to the lack of complete absorption of the plasticizer between phases and loss of properties. Next, in order to investigate the effect of the type of plasticizer on the properties of alloys, two substances poly(ethylene glycol)-4000 and dioctyl terephthalate were used as new plasticizer with the optimal percentage combination (80:20) and 20 phr content. By examining the mechanical properties, it was found that the alloy containing DOTP with a elongation at break of 66.8% performed better than the other two plasticizers and was able to reduce the brittleness of the poly(lactic acid) matrix to an optimal extent. Addition of plasticizer to poly(lactic acid)/thermoplastic starch alloys decreased the glass transition temperature and melting temperature and increased the crystallinity percentage. DOTP decreased the brittleness by increasing the crystallinity up to 46.7% and affecting the crystal structure in the alloy and reducing the glass transition temperature to 39.4 ℃, which is consistent with the results of the obtained mechanical properties. By examining the morphology of the alloys, more compatibility and more uniform distribution was observed for the mixture containing DOTP and small molecule PEG-400 compared to PEG-4000. After conducting the contact angle test, it was found that all the prepared mixtures are hydrophilic, and by adding thermoplastic starch and plasticizer to the poly(lactic acid) matrix, its hydrophilicity increases. The alloy containing PEG-4000 was also recognized as the most hydrophilic sample with an angle of 36.8 degrees.

پلي‌(لاكتيك اسيد) , نشاسته ترموپلاستيك , آميزه , زيست‌تخريب‌پذير , نرم‌كننده

Poly(Lactic Acid) , thermoplastic starch , Alloy , Biodegradable , plasticizer

Maede Zamani

Mohammad Fasihi Dastjerdi