عنوان پایان‌نامه
اثر افزودن ذرات نانو بر خواص مکانیکی و حرارتی فیلم های تولید شده از پلی لاکتیک اسید( PLA )
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 4633;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 51177
- تاریخ دفاع
- ۲۸ شهریور ۱۳۹۰
- دانشجو
- سعید داداشی
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی ابراهیم زاده موسوی, زهرا امام جمعه
- چکیده
- با توجه به محدود بودن منابع نفتی و اثرات زیست محیطی ناشی از پلاستیک های بر پایه ترکیبات نفتی، امروزه توجه ویژه ای به تولید، بهینه سازی و مصرف بیوپلیمر ها شده است. از جمله این بیوپلیمر ها می توان به پلی لاکتیک اسید (PLA) اشاره کرد که از پتانسیل بالایی جهت جایگزینی پلیمرهای صنعتی و استفاده در صنایع گوناگون خصوصا بسته بندی مواد غذایی برخوردار است. در طی این مطالعه اثر افزودن سه نوع نانو ذره شامل مونت موریلونایت اصلاح آلی شده (Cloisite 20A) دارای یک بعد در مقیاس نانو، سلولز میکروکریستال (MCC) دارای دو بعد در مقیاس نانو و دی اکسید تیتانیوم (TiO2) با سه بعد در مقیاس نانو، روی نانوکامپوزیت های تهیه شده از بیوپلیمر زیست تخریب پذیر PLA مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور فیلم های PLA با درصدهای صفر، 3، 5 و 7 از هر کدام از نانوذرات اشاره شده با روش کستینگ روی قالب های شیشه ای تولید شد. خواص فیزیکی شامل ضخامت، شفافیت و رنگ، ساختار به کمک XRD و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، نفوذپذیری به بخار آب (WVP)، خواص مکانیکی شامل مقامت کششی (TS)، مدول الاستیک (E-M) و درصد کشش در نقطه پارگی (E%)، خواص حرارتی شامل نقطه Tg، Tm و درصد کریستالیزاسیون (%?) به کمک DSC و در نهایت توپوگرافی سطح به کمک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) برای نانوکامپوزیت های تهیه شده مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بدست آمده بیانگر این است که اثر این نانوذرات بر حسب ماهیت و درصد استفاده شده متفاوت می باشد. ذرات نانو رس در عین اینکه روی خواص فیزیکی تاثیر چندانی نداشته ولی روی نفوذپذیری به بخار آب، خواص مکانیکی و حرارتی اثر بهبود دهندگی چشمگیری داشته و این اثرات با افزایش درصد افزوده شده نیز خود را نشان می داد. بررسی ریز ساختار نیز تفکیک صفحات رس و اینترکالیت و اکسفولیت مناسب آنها در بستر پلیمر و فعل و انفعال قوی بین این صفحات و ماتریس پلیمری به دلیل اصلاح آلی بودن را تایید می کند. در مقابل نانوذرات TiO2 باعث تغییر چشمگیر رنگ و شفافیت نانوکامپوزیت های تولیدی شده است. این نانوذره با توجه به ماهیت ذره ای و کوچک بودن ابعاد آن در مقایسه با دو نانو ذره دیگر و در اثر پراکنش بین زنجیره های پلیمر باعث افزایش تحرک زنجیره ها شده که این رفتار در نتایج مربوط به خواص مکانیکی و حرارتی نمود بارزی داشت به طوری که فیلم ها نرم و کش سان بوده و نقطه Tg و %? نیز با افزایش درصد افزودنی روند نزولی داشتند. در واقع رفتار آن برعکس نانو رس بوده و بیشتر اثر شبه پلاستیسایزری دارد. سلولز کریستالی با توجه به ماهیت هیدروفیل و ابعاد بزرگ آن و احتمالا فرآیند تولید نانوکامپوزیت نامناسب، خیلی نتوانسته بود با ماتریس پلیمری با ماهیت هیدروفوب تعامل داشته باشد و نتایج بدست آمده از XRD نیز هیچ تغییر محسوسی را در اثر افزودن این نانو ذره به بستر پلیمر نشان نداد. همچنین نفوذ پذیری به بخار آب نیز افزایش فابل توجهی داشت. نتایج بدست آمده از بررسی توپوگرافی سطح نشان داد در اثر الحاق هر سه نانو ذره به PLA، پارامتر های مربوط به زبری افزایش داشته که این افزایش برای MCC خیلی چشمگیر بود به طوری که با لمس فیلم های نیز این زبری احساس می شد.
- Abstract
- Due to limited oil resources and the environmental impact of plastics based on petroleum compounds, today special attention has been done to production, optimization and consumption of bio-polymers. Among the bio-polymers can mention to poly-lactic acid (PLA) that has the potential to replace industrial polymers and use in food packaging industry particularly. During this study the effects of incorporation of tree taype nanoparticles including organically modified montmorillonite (Cloisite 20A) with 1 dimension in nanoscale, Microcrystalline Cellulose (MCC) with 2 dimensions in nanoscale and Titanium dioxide (TiO2) with 3 dimensions in nanoscale on nanocomposites prepared from biodegradable bio-polymer PLA were evaluated. For this purpose, PLA and PLA-based nanocomposite films with zero, 3, 5 and 7 percentages of each of the nanoparticles were prepared using a solvent casting method on glass mold. Physical properties including thickness, transparency and color, structure with XRD and Scanning Electron Microscope (SEM), Water Vapor Permeability (WVP), Mechanical properties including tensile strengths (TS), elastic modulus (E-M) and percent strain at rupture point (E%), Thermal properties including the Tg, Tm and ?% with DSC and finally the surface topography with the atomic force microscope (AFM) of the prepared nanocomposites were studied. The results suggest that the effects of these nanoparticles are different according to the nature and percentage of nanoparticles. Nano Clay has not much impact on the physical properties of nanocomposites, but on the water vapor permeability, mechanical and thermal properties it has significant improvement, and this effect increased with increasing percentage. The study of micro structure show separate plates of clay and intercalation and exfoliation and strong interaction between the plates and the polymer matrix due to organically modification. While TiO2 nanoparticles led to significant changes in color and transparency of nanocomposite. This nanoparticle according to the particles nature and small size in comparison with two other nanoparticles when distribute between of the polymer chains increase chain mobility and this behavior was obvious in the results of mechanical and thermal properties. So that the films were smooth and elastic, and the Tg and ?% also decreased with increasing percentage of TiO2. In other words, TiO2 has a opposite behavior of nano-clay and more like a plasticizer. Crystalline cellulose according to the hydrophilic nature and its large size and probably poor nanocomposite production process, was unable to strong interact with the polymer matrix with hydrophobic nature. XRD results also showed no significant change in the effect of adding the nano-particles to the polymer substrate. While WVP increased significantly. The results of the Studying surface topography showed that the incorporation of nano-particles in PLA increases roughness Parameters that it was significant for the MCC, So the roughness of films was felt with a touch.
