27876

اصلاح فرآيندپذيري و خواص مكانيكي كربوكسي متيل سلولز جهت تهيه فيلم هاي پليمري

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- مهندسي پليمر

1398

1401/7/17

محمد فصيحي

دانشكده مهندسي شيمي، نفت و گاز

بيشتر پلاستيك‌هاي مورد استفاده رايج از سوخت‌هاي فسيلي توليد مي‌شوند كه داراي مدت زمان تخريب بسيار طولاني هستند و سبب افزايش آلودگي‌ محيط زيست مي‌شوند. هدف از مطالعه حاضر، توليد فيلم‌هاي بر پايه كربوكسي‌متيل سلولز (CMC) و تقويت خواص آن‌ها به عنوان يك جايگزين دربراي پليمرهاي سنتزي با تمركز بر استفاده از آن‌ها به عنوان بسته‌بندي مواد غذايي مي‌باشد. به اين منظور، ابتدا فيلم‌هاي كامپوزيتي كربوكسي‌متيل‌سلولز/ پلي‌وينيل‌الكل CMC/PVA)) جهت بهبود خواص كربوكسي‌متيل‌سلولز نظير خواص مكانيكي استفاده شد. سپس فيلم‌هاي نانوكامپوزيتي با تركيب CMC و PVA به عنوان يك ماتريس پليمري و چندين بارگذاري پركننده نانوذرات مونت موريلونيت (MMT) تهيه شد. در نهايت به منظور بهبود خواص مانع و جلوگيري از انحلال در آب، فيلم نانوكامپوزيت بهينه شبكه‌اي شد. تمامي فيلم‌ها به روش ريخته‌گري تهيه شدند و خواصي نظير: خواص مكانيكي، حرارتي، نفوذپذيري نسبت به بخار آب و تورم مورد مطالعه قرار گرفت. اضافه كردن گليسرين به عنوان نرم‌كننده باعث افزايش ازدياد طول تا نقطه شكست فيلم‌ها تا 82% شد و استحكام كششي و مدول الاستيك را به ترتيب تا 5 و 10 مگاپاسكال كاهش داد. هم‌چنين گليسرين باعث افزايش نفوذپذيري نسبت به بخار آب و جذب رطوبت فيلم‌ها شد. افزودن PVA ، نانوذره و در نهايت شبكه‌اي كردن فيلم‌ها توسط سيتريك اسيد خواص مكانيكي شامل استحكام كششي و مدول الاستيك را به ترتيب به ميزان 240% و 960% افزايش داد و باعث كاهش ازدياد طول تا نقطه شكست حدود 27% شد. هم‌چنين افزودن نانوذره و ايجاد اتصال عرضي در فيلم‌ها باعث بهبود خواص بازدارندگي و مانع فيلم‌ها شد و نفوذپذيري نسبت به بخار را از 415/5 به(10-9g.m.h-1.mm-2.Pa-1) 171/3 كاهش داد. جذب رطوبت نيز به ميزان 14% كاهش يافت. با شبكه‌اي كردن فيلم‌ها حلاليت از 58% به 22% كاهش يافت. نتايج پراش پرتو ايكس حاكي از ماهيت آمورف فيلم‌ها بود و اين امر در آناليز كالريمتري روبشي تفاضلي نيز تاييد شد. هم‌چنين در آزمايشي كه به منظور مقايسه عملكرد فيلم‌هاي بيوپليمر و پلاستيك‌هاي سنتزي انجام شد مشاهده شد كه اين فيلم‌ها توانايي و پتانسيل لازم براي استفاده در صنعت بسته‌بندي مواد غذايي را دارند و بنابراين، مي‌توانند به عنوان راه‌حلي جهت كاهش استفاده از پلاستيك‌هاي تجزيه‌ناپذير و افزايش ماندگاري مواد غذايي مورد استفاده قرار گيرند.

1401/11/30

Modification of processability and mechanical properties of carboxymethylcellulose for the production of polymer films

1/1/1900 12:00:00 AM

Most commonly used plastics are produced from fossil fuels, which have a very long degradation time and cause an increase in environmental pollution. The aim of the present study is to produce biodegradable films based on carboxymethyl cellulose (CMC) and enhance their properties as a biodegradable alternative to synthetic polymers, focusing on their use as food packaging. For this purpose, carboxymethylcellulose/polyvinyl alcohol (CMC/PVA) composite films were first used to improve the properties of carboxymethylcellulose such as mechanical properties. Then, nanocomposite films were prepared by combining CMC and PVA as a polymer matrix and several filler loadings of montmorillonite nanoparticles (MMT). Finally, in order to improve barrier properties and prevent dissolution in water, the nanocomposite film was optimally networked. All the films were prepared by casting method and properties such as: mechanical properties, thermal properties, permeability to water vapor and swelling were studied. Addition of glycerin as plasticizer increased the elongation to breaking point of the films up to 82% and decreased the tensile strength and elastic modulus by 5 and 10 MPa, respectively. Also, glycerin increased the permeability to water vapor and moisture absorption of the films. The addition of PVA, nanoparticles, and finally cross-linking the films by citric acid increased the mechanical properties including tensile strength and elastic modulus by 240% and 960%, respectively, and reduced the elongation to the breaking point by about 27%. Also, the addition of nanoparticles and the creation of transverse connections in the films improved the barrier and barrier properties of the films and reduced the vapor permeability from 5.415 to (10-9g.m.h-1.mm-2.Pa-1) 3.171. Moisture absorption also decreased by 14%. By gridding the films, the resolution decreased from 58% to 22%. The X-ray diffraction results indicated the amorphous nature of the films and this was also confirmed in the differential scanning calorimetry analysis. Also, in an experiment that was conducted to compare the performance of biopolymer films and synthetic plastics, it was observed that these films have the necessary ability and potential to be used in the food packaging industry, and therefore, they can be used as a solution to reduce the use of non-degradable plastics and increase the shelf life of materials. food to be used

كربوكسي متيل سلولز , بيوپليمر , اتصال عرضي , پلي وينيل الكل

carboxymethyl cellulose , biopolymer , Crosslinking , polyvinyl alchohol

Hadis Yoosefi

Dr. Fasihi