عنوان پایان‌نامه
تهیه و بررسی نانوکامپوزیت پلی لاکتیک اسید / پلی یورتان با ااستفاده از نانوهالویسیت
- رشته تحصیلی
- مهندسی پلیمر - صنایع پلیمر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1668.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71453
- تاریخ دفاع
- ۳۰ آبان ۱۳۹۴
- دانشجو
- عرفان اولیائی
- استاد راهنما
- بابک کفاشی
- چکیده
- پلی لاکتیک اسید یک پلی‌استر زیستی، تجدید پذیر، زیست‌تخریب‌پذیر و سازگار با محیط‌زیست است. این پلیمر دارای شفافیت و استحکام مورد قبولی نیز هست اما به دلیل سخت و شکننده بودن، معمولاً به‌صورت خالص در صنایع استفاده نمی¬شود. پلی یورتان¬های ترموپلاستیک بر پایه¬ی استر چقرمگی، خواص مکانیکی خوب و مقاومت حرارتی بالایی دارند و این جذابیت آن¬ها را برای آمیزه¬سازی با پلی لاکتیک اسید و چقرمه کردن آن بالا می¬برد. همچنین افزودن نانوهالویسیت¬ها به سیستم، به علت برهمکنش با گروه¬های عاملی می¬تواند موجب بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت شود. پس از تهیه آمیزه¬های PLA/TPU، میکروساختار آن¬ها به کمک میکروسکوپی بررسی و نتیجه، پراکنش و برهمکنش خوب دو فاز PLA و TPU را نشان داد. رفتار حرارتی آمیزه¬های PLA/TPU با درصد TPU کمتر از 30% تنها یک Tg را نشان می¬داد درحالی‌که نمونه¬های با درصد TPU بیشتر، یک Tg دیگر که مربوط به TPU است نیز نشان می¬دادند که بیانگر داشتن دو فاز تأثیرگذار در سیستم است. آزمون طیف‌سنجی مادون‌قرمز تبدیل فوریه جهت تعیین میزان گروه¬های عاملی، پیوندهای هیدروژنی و تشکیل پیوندهای جدید موردبررسی قرار گرفت. بررسی خواص مکانیکی نمونه¬ها توسط آزمون¬های کشش، ضربه¬پذیری، سایش و سختی انجام شد. رئومتری جهت مطالعه خواص جریان مذاب و فرآیندپذیری و آزمون زاویه تماس نیز برای پی¬بردن به آب¬دوستی نمونه¬ها مورداستفاده قرار گرفت. برای مشاهده و بررسی ریخت آلیاژها و کامپوزیت¬ها از میکروسکوپ الکترونی پویشی و پراکندگی انرژی اشعه ایکس استفاده گردید. روند کلی کار به این صورت بود که ابتدا آلیاژهای PLA/TPU با درصد ترکیب¬های متفاوت تهیه و خواص مختلف آن¬ها بررسی شد. به کمک بررسی خواص این آلیاژها مشخص شد که آمیزه حاوی 25% وزنی TPU داری خواص مطلوب¬تر است زیرا استحکام و چقرمگی به‌اندازه کافی افزایش‌یافته و رفتار حرارتی و رئولوژی بهینه‌شده است. سپس این آمیزه به‌عنوان بستر ثابت کامپوزیت، با درصدهای مختلف نانوهالویسیت ترکیب شد. خواص تک‌تک نانوکامپوزیت¬های حاصل نیز مانند آلیاژها به کمک آزمون¬های ذکرشده موردبررسی قرار گرفتند؛ نتایج نشان داد که نانوکامپوزیت حاوی 6% HNT نسبت به سایر کامپوزیت¬ها خواص متعادلی دارد اما چقرمگی آن بیشینه (بیش از 5/7 برابر چقرمگی PLA) است. انجام این پروژه مناسب و کارا بودن روش آمیزه¬سازی مذاب PLA، TPU و HNT را در غلبه بر مشکل شکنندگی PLA نشان داد درحالی‌که این روش ارزان‌قیمت نیز هست. به‌طورکلی این نانوکامپوزیت¬ها می¬توانند پلاستیک¬هایی صنعتی با کاربرد¬های عمومی و بسیار مختلف شوند.
- Abstract
- Polylactide (PLA) is a green, renewable, biodegradable and an environmental friendly polyester. This polymer is transparent and shows acceptable mechanical strength. One of the most important disadvantages of this valuable polymer is brittleness which limits its application. To overcome this, PLA was melt-blended with thermoplastic polyurethane (TPU). The selected polyurethane is biocompatible and ester-based to ensure the biocompatibility and degradability of PLA is not challenged due to the ester sensitivity to degradation. Also, the introduction of HNT to the system caused reinforcement of mechanical properties due to their interactions with the functional groups. PLA was melt blended with TPU in different ratios, then the microstructure of the blends was obtained by microscopy and it showed the successful coupling of two phases (because of possible PLA/TPU reactions and interactions) also the other analyses approved this finding. Thermal behavior of PLA/TPU blends with TPU content less than 30% showed the presence of only one distinct Tg, although other blends showed one more Tg peak due to the presence of more TPU in the dominating phase of PLA. The FTIR method used to find the amounts of functional groups, hydrogen bonds and chemical shifts. The mechanical properties were studied by the tensile, impact, hardness, and abrasion measurements. Rheometry was used to investigate processability and the details about melt flow. The contact angle was used to find hydrophilicity of each blend. The SEM was used to know morphologies pertaining to blends or composites and degree of dispersion. The procedure started with preparation of different PLA/TPU blends and scrutinizing their properties. It was found that the blend containing 25 wt% TPU is a polymer with optimum strength, toughness, and suitable thermal and rheological behavior. The optimal blend was mixed with different HNT contents, afterwards, many different behaviors of these composites were scrutinized by the mentioned methods. Then, the results indicated that the matrix containing 6% HNT has the balanced properties while the having highest toughness (7.5 times higher than PLA) among other composites. This work showed that melt blending of PLA with TPU and HNT is a convenient, cost-effective and efficient method to conquer the brittleness of PLA. These PLA/TPU/HNT composites are general-purpose plastics and could have multifunctional or wide range of applications.
