31398

تاثير ذرات هسته-پوسته لاستيكي بر خواص مكانيكي و استحكام ضربه پلي لاكتيك اسيد

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1400

1403/6/26

محمدرضا مقبلي

-

مهندسي شيمي، نفت و گاز

امروزه به علت گسترش كاربرد و استفاده از پليمرهاي پايه نفتي در صنايع مختلف از جمله ساخت ظروف نگهداري، فيلم هاي بسته بندي، مشكلات ناشي از آلايندگي زيست محيطي آنها و همچنين با عنايت به وضع قوانين سخت گيرانه كاهش پليمرهاي غير زيست تخريب پذير، استفاده از مواد پليمري زيست تخريب پذير به مقدار زيادي مورد توجه محققان و صاحبان صنايع قرار گرفته است. از بين پليمر هاي زيست تخريب، پلي لاكتيك اسيد (PLA) يكي از پليمرهاي نيمه بلوري است كه با توجه به شفافيت مناسب و فرآيند پذيري خوب آن به مقداري زيادي جهت ساخت قطعات پليمري، صنعت فيلم و ظروف بسته بندي و قطعات تزريقي مورد توجه زيادي قرار گرفته است. با اين وجود، به علت خواص مكانيكي پايين PLA، نظير شكننده بودن و استحكام ضربه و دماي اعوجاج حرارتي (HDT) پايين، گسترش كاربرد آن در صنعت با محدوديت هاي جدي همراه است. در اين تحقيق به منظور بهبود خواص مكانيكي و ضربه PLAاز اختلاط مذاب آن با ذرات لاستيكي هسته-پوسته (CSR) تجاري تهيه شده در پتروشيمي تبريز با ساختار هسته از جنس پلي بوتادي ان (PB) و پوسته اي پيوند خورده بر هسته از جنس كوپليمر استايرين/ اكريلو نيتريل (SAN) استفاده شد. همچنين به منظور بهبود پراكنش ذرات لاستيكي در زمينه PLA از پلي متيل متاكريلات (PMMA) به عنوان سازگار كننده احتمالي با مقادير 0/5 ،1 ، 1/5 درصد وزني نسبت به وزن كل پلي لاكتيك اسيد و ذرات هسته-پوسته لاستيكي و ذرات ميكروني پركننده تالك به مقدار 5 درصد وزني نسبت به وزن كل پلي لاكتيك اسيد و ذرات هسته-پوسته لاستيكي استفاده شد. در اين تحقيق از دستگاه گرماسنجي روبشي تفاضلي (DSC)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) جهت تحليل ساختار و سطح شكست نمونه هاي آميخته پليمري و از آزمون استحكام ضربه آيزود شكاف دار، آزمون كشش و دماي اعوجاج حرارتي جهت بررسي اثر ذرات لاستيكي، سازگار كننده و ذرات پر كننده بر خواص نمونه ها استفاده شد. نتايج آزمون هاي مكانيكي نشان داد كه در آميخته حاوي 1/5 درصد وزني PMMA، و 10 درصد وزني ذرات لاستيكي (P90/CS10/PM0.5) بيشترين استحكام ضربه و كششي به علت بهبود چسبندگي بين سطحي فاز پراكنده و پيوسته و پراكندگي مناسب تر ذرات در زمينه PLA بدست آمده است. در اين آميخته، استحكام ضربه از 44/9 ژول بر متر براي PLA خالص به 215/2 ژول بر متر ( افرايش 379 درصد) و ازدياد طول در نقطه شكست از 3/5 درصد به 33/3 درصد ( افزايش 528 درصد)، افزايش يافت. در مقابل با افزايش بيشتر مقدار PMMA و تالك خواص ضربه و كششي كاهش نشان داد. اين رفتار را مي توان به تجمعات ذرات لاستيكي و ذرات پر كننده به علت كاهش سازگاري با زمينه پليمري نسبت داد. از طرفي افزايش بيشتر مقدار PMMA بيش از 0/5 درصد نيز به كاهش احتمالي كار آمدي آن جهت سازگاري بين ذرات لاستيكي و زمينه پليمري انجاميده است. همچنين از ذرات ميكروني پر كننده تالك به همراه ذرات هسته-پوسته لاستيكي و PMMA، به عنوان هسته زا در كنار فرايند بازپخت حرارتي (Annealing) براي افزايش دماي اعوجاج حرارتي استفاده شد. نتايج به دست آمده نشان داد كه افزودن تالك و انجام فرايند باز پخت حرارتي در دماي C 120 و به مدت 6 ساعت، باعث كاهش دماي بلورينگي سرد، افزايش درصد بلورينگي و تغيير شكل بلور هاي پلي لاكتيك اسيد از نوع كمتر منظم به نوع منظم تر شده است و اين امر سبب بهبود قابل توجه دماي اعوجاج حرارتي شده است. به عنوان مثال دماي اعوجاج حرارتي از C58 براي PLA خالص به C 888/8 براي نمونه با 5 درصد تالك (P90/CS10/PM1.5/T5) افزايش يافت. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) سطح شكست نمونه ها، ايجاد كاويتاسيون خارجي و تشكيل ميكرو حفرات و تركچه ها در زمينه پلي لاكتيك اسيد در نمونه هاي حاوي ذرات لاستيكي را نشان داد.

1403/08/07

Effect of Rubber Core shell particles on mechanical properties and impact strength of poly lactic acid

9/16/2025 12:00:00 AM

Nowadays due to the expansion of the application and use of petroleum-based polymers in various industries such as the manufacture of storage containers, packaging films and the problems caused by their environmental pollution, as well as due to the establishment of strict rules for the reduction of non-biodegradable polymers, uses of the biodegradable polymer materials have received a lot of attention from researchers and industrial owenes. Among the biodegradable polymers, PLA is one of the semi-crystalline polymers that is widely used due to its good transparency and good processability. It has received a lot of attention for the production of polymer parts and film industry, packaging containers and injection parts. However due to low mechanical properties of PLA such as brittle, Impact strength and low Heat deflection temperatur (HDT), the expansion of its application in the industry is associated with serious limitations. In this research, in order to improve the mechanical and impact properties of PLA, mixing its melt with commercial core-shell rubber particle (CSR) prepared in Tabriz Petrochemical with a core structure of poly butadiene (PB) and a shell Styrene/acrylonitrile (SAN) copolymer graft on the core was used. Also in order to improve the distribution of rubber particles in the matrix of PLA, poly methyl methacrylate (PMMA) as a possible compatibilizer with values of 0.5,1 and 1.5 percent by weight compared to the total weight of polylactic acid and rubber core - shell particles and micron particles of talc filler in the amount 5 percent by weight compared to the total weight of polylactic acid and rubber core-shell particles were used. In this research, differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscope (SEM) to analyze the structure and fracture surface of polymer composite samples and notched Izod impact strength, tensile and Heat deflection temperature were used to investigate the effect of rubber particles, compatibilizer and filler particles on the properties of the samples. The results of mechanical tests showed that the mixture containing 0.5 weight percent of PMMA and 10% of rubber particles (P90/CS10/PM0.5) has the highest impact and tensile strength due to the improvement interfacial adhesion between the dispersed and continuous phase and good dispersion of rubberparticles in the PLA matrix. In this mixture, the impact strength of 44.9 J/m forneat PLA increased to 215.2 J/m (%379 increase ) and elongation at break increased from %5.3 to % 33.3 (%528 increase) .On the other hand, with a further increase in the amount of PMMA and talc, the impact and tensile properties decreased. This behavior can be attributed to the accumulation of rubber particles and filler particles due to the reduction of compatibility with the polymer matrix. On the other hand, increasing the amount of PMMA more than % 0.5 has also led to a possible decrease in its compatibility effectiveness between rubber particles and polymer matrix. Also, micron particles of talc filler along with rubber core-shell particles and PMMA were used as nucleating agent in addition of annealing process to increase the heat deflection temperature. The obtained results showed that the addition of talc and Annealing process at 120 C fo 6 hours reduced the cold crystallization temperature, increased the percentage of crystallization, and changed the shape of polylactic acid crystals from a less regular to a more regular type. and this has caused a significant improvement in the Heat deflection temperature. For example, Heat deflection temperature from58C for neat PLA to 88.8 ℃ for the sample with 5% talc ( P90/CS10/PM1.5/T5) increased. In the Scanning Electron Microscope (SEM) image of fracture surface of the samples, the creation of external cavitation and the formation of micro holes and crazing in the matrix of poly lactic acid in the sample containing rubber particles was observeed

پلي لاكتيك اسيد , چقرمگي , ذرات هسته- پوسته لاستيكي , استحكام ضربه , سازگارسازي

Poly lactic acid , toughness , rubber core- shell particles , impact strength , Compatibility

Saeed Gholipour

Dr. Mohammad Reza Moghbeli