33011

بررسي خواص حرارتي و مكانيكي كامپوزيت PLA حاوي ذرات تالك اصلاح‌شده

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي گرايش پليمر

1400

1403/6/2

محمدرضا مقبلي

-

مهندسي شيمي،نفت و گاز

پلي لاكتيك اسيد (PLA ) يك پليمر زيست‌تخريب‌پذير و سازگاربامحيط‌زيست است. با گذشت زمان و افزايش آلودگي‌هاي ناشي از پليمرهاي مبتني بر پتروشيمي، PLA به يك پليمر محبوب براي جايگزيني ساير پليمرها تبديل شد؛ اما براي استفاده‌ي گسترده از اين پليمر به‌خصوص در صنايع بسته‌بندي محدوديت‌هايي وجود دارد.PLA يك ماده بسيار شكننده با چقرمگي پايين است همچنين ازنظر حرارتي، پايداري چنداني ندارد و دماي خمش حرارتي (HDT ) آن نسبت به ساير پليمرها پايين است. براي بهبود خواص مكانيكي و حرارتي PLA مي‌توان از ذرات معدني ازجمله پودر تالك استفاده كرد. براي بهبود برهمكنش بين ذرات ميكروني تالك و پليمر، اين ذرات به‌وسيله‌ي پلي‌اتيلن گليكول (PEG ) اصلاح سطح شدند. براي اين منظور ابتدا ذرات تالك به‌وسيله‌ي عامل جفت كننده‌ي سيلاني تترا اتيل ارتو سيليكات (TEOS ) اصلاح شدند، تا از اين طريق گروه‌هاي عاملي –OH روي سطح افزايش يابد. در مرحله‌ي دوم از طريق واكنش بين PEG و 3-تري اتوكسي سيليل پروپيل ايزوسيانات (IPTES )به‌عنوان تركيب اضافي تهيه شد. در ادامه اين تركيب از طريق واكنش با گروه‌هاي –OH روي سطح تالك، به اين ذرات متصل شد. پس‌ازاينكه ذرات تالك اصلاح‌شده تهيه شدند، در مرحله‌ي بعد توسط آناليز طيف‌سنج مادون‌قرمز فوريه (FTIR ) ذرات شناسايي و بررسي شدند. ذرات تالك خالص و تالك اصلاح‌شده در درصدهاي 1%، 3% و5% وزني از طريق مخلوط‌كن داخلي به PLA اضافه شدند. پودر تالك اصلاح‌شده‌ي نهايي TTIP ناميده شد. سپس آناليزهاي گرماسنجي روبشي تفاضلي(DSC ) ، آزمون كشش، استحكام ضربه، تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM ) وHDT انجام شد. نتايج آناليز DSC، افزايش Tg را از ℃ 44/63 براي PLA خالص تا ℃ 27/67 براي TTIP3%/PLA و همچنين درصد تبلور از 10/21% براي PLA خالص به 60/31% براي TTIP5%PLA/ افزايش يافت. استحكام كششي از MPa 3/40 براي PLAخالص تا MPa 49/49 براي TTIP3%/PLA ، مدول يانگ از MPa1809 براي PLAخالص تا MPa 2350 براي TTIP5%PLA/ و چقرمگي از (Mj/m3) 480 براي PLAخالص تا (Mj/m3) 679 براي TTIP3%/PLA افزايش يافت. ازدياد طول در شكست با افزودن تالك و تالك اصلاح‌شده تغييرات چنداني نداشت. همچنين استحكام ضربه براي PLAخالص (J/m) 85/32 بود كه براي TTIP3%/PLA به (J/m) 33/40 رسيد. نتايج SEM پراكندگي و چسبندگي مناسب ذرات تالك اصلاح‌شده در PLA را تاييد كرد. HDT براي PLA خالص برابر ℃9/56 بود كه با افزودن 5% وزني تالك تا ℃ 1/68 افزايش يافت.

1403/11/23

Investigation of thermal and mechanical properties of PLA composite containing modified talc particles

8/23/2025 12:00:00 AM

Polylactic acid (PLA) is a biodegradable and environmentally friendly polymer. With the passage of time and the increase in pollution caused by petrochemical-based polymers, PLA became a popular polymer to replace other polymers; But there are limitations for the wide use of this polymer, especially in the packaging industry. PLA is a very fragile material with low toughness, and it is not very stable in terms of heat, and its thermal distortion temperature (HDT) is low coMPared to other polymers. Mineral particles such as talc powder can be used to improve the mechanical and thermal properties of PLA. To improve the interaction between micron talc particles and polymer, these particles were surface modified by polyethylene glycol (PEG). For this purpose, talc particles were first modified by the silane coupling agent tetraethyl orthosilicate (TEOS), in order to increase the -OH functional groups on the surface. In the second step, it was prepared through the reaction between PEG and 3-triethoxysilyl propyl isocyanate (IPTES) as an additional compound. Further, this compound was attached to these particles through the reaction with –OH groups on the surface of talc. After the modified talc particles were prepared, in the next step, the particles were identified and analyzed by Fourier Infrared Spectrometer (FTIR) analysis. Pure talc and modified talc particles were added to PLA in percentages of 1%, 3% and 5% by weight through an internal mixer. The final modified talcum powder was called TTIP. Then differential scanning calorimetry (DSC), tensile test, iMPact strength, scanning electron microscope imaging (SEM) and HDT were performed. The results of DSC analysis showed an increase in Tg from 63.44 ℃ for pure PLA to 67.27 ℃ for TTIP3%/PLA, and the percentage of crystallization increased from 21.10% for pure PLA to 31.60% for PLA/5%TTIP. Tensile strength from 40.3MPa for pure PLA to 49.49 MPa for PLA/3%TTIP, Young's modulus from 1809MPa for pure PLA to 2350MPa for PLA/5%TTIP and toughness from 480 (Mj/m3) for pure PLA to increased 679(Mj/m3) for PLA/3%TTIP. The elongation at break did not change significantly with the addition of talc and modified talc. Also, the iMPact strength for pure PLA was 32.85 (J/m), which reached 40.33 (J/m) for PLA/3%TTIP. The SEM results confirmed the proper dispersion and adhesion of modified talc particles in PLA. HDT for pure PLA was equal to 56.9℃, which increased to 68.1℃ by adding 5% by weight of talc.

پلي لاكتيك اسيد , تالك اصلاح‌شده با PEG , خواص كششي , استحكام ضربه

polylactic acid , talc modified with PEG , tensile properties , iMPact strength

mohadese rahmati

mohammadreza moghbeli