بهینه سازی رفتار چقرمگی در نانوکامپوزیت پلی لاکتیک اسید و نانو الیاف سلولز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 استادیار، دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 استاد، دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

ویژگی های پلی لاکتیک اسید مانند زیست تخریب پذیری دلیل اصلی توجه کاربران به این پلیمر در زمینه تولید محصولات مختلف گردیده است. از طرفی محدودیت های ساختاری منجر به کند شدن سرعت رشد مصرف این پلیمر شده است. در این میان بهبود خواص مکانیکی و چقرمگی پلی لاکتیک اسید از طریق رویکرد اصلاح پلیمر ها با نانو الیاف سلولزی اصلاح شده موفقیت امیز بوده است. در این پژوهش به منظور بهبود سازگاری نانو الیاف با ماتریس پلی لاکتیک اسید، در مرحله ی اول سطح نانو الیاف سلولزی اصلاح شد. اصلاح نانو الیاف با دو روش استیله کردن با درجه ی استخلاف 0.6 و پیوند زدن پلی اتیلن گلیکول روی سطح نانو الیاف انجام گرفت. تغییر ساختار نانو الیاف سلولزی پس از اصلاح مورد بررسی و پس از آن نانو الیاف استیله شده و نانو الیاف پیوند خورده با پلی اتیلن گلیکول به صورت مجزا و ترکیبی تا 1% وزنی به ماتریس پلی لاکتیک اسید اضافه شدند. کاهش میزان بلورینگی الیاف در اثر استیله شدن و پیوند خوردن با پلی اتیلن گلیکول در نتایج ازمایش اشعه ایکس و گرماسنجی مورد بررسی قرار گرفت. اضافه کردن نانو الیاف استیله شده به پلی لاکتیک اسید باعث ریز شدن بلور ها و اضافه کردن نانو الیاف پیوند خورده با پلی اتیلن گلیکول باعث درشت شدن بلورهای ماتریس پلی لاکتیک اسید می شوند. افزایش 7برابری چقرمگی با افت کمتر مدول و استحکام در نمونه ی حاوی هر دو نانو الیاف اصلاح شده مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

[1] Y. H. M. M. P. D. Raquez∗, "Laboratory of Polymeric and Composite Materials, Center of Innovation and Research in Materi," Progress in Polymer Science, vol. 38, p. 1504– 1542, 2013.

[2] حاجی بیگی م؛ شعبانیان م، بهبود خواص عبور دهی بخار آب و اکسیژن فیلم های پلی لاکتیک اسید با استفاده از پلیمر شبکه ای تهیه شده از 2-آکریل آمیدو- متیل پروپان سولفونیک اسید،نشریه مواد پیشرفته و پوشش های نوین، 5، 18، 1395

[3] مرآتی ع؛ لطیفی م؛ زمانی ف؛ قنبری آلانق ح؛ نادی پور ف، افزایش آبدوستی لایه ی نانولیفی الکتروریسی شده پلی لاکتیک گلایکولیک اسید، نشریه مواد پیشرفته و پوشش های نوین، 5، 20، 1396

[4] زمانی ف ؛ امانی تهران م، تولید لایه نانولیفی زیست سازگار رسانا آمیزه پلیمرهای PLGA/PCL/PANI ، نشریه مواد پیشرفته و پوشش های نوین ، 6، 22، 1396

[5] T. S. S. K. T. I. Shuji Fujisawa, "Surface Engineering of Ultrafine Cellulose Nanofibrils toward," BiomacromoleculeS, vol. 14, p. 1541−1546, 2013.

[6] L. M. Cintil Jose Chirayil, "REVIEW OF RECENT RESEARCH IN NANO CELLULOSE PREPARATION FROM DIFFERENT LIGNOCELLULOSIC FIBERS," Mater. Sci, vol. 37, pp. 20-28, 2014.

[7] J. G. A.K. Bledzki, "Composites reinforced with cellulose based fibres," Prog. Polym, vol. 24, p. 221–274, 1998.

[8] J. B. Gilberto Siqueira, "Cellulosic Bionanocomposites: A Review of Preparation Properties and Applications," Polymers, vol. 37, pp. 728-765, 2010.

[9] X. W. ,. L. Yihong Wang, "Homogeneous Isolation of Nanocellulose from Cotton Cellulose by High Pressure Homogenization," Materials Science and Chemical Engineering, vol. 1, pp. 49-52 , 2013.

[10] M. N. B. Karim Missoum, "Nanofibrillated Cellulose Surface Modification: A Review," materials, vol. 6, pp. 1745-1766, 2013.

[11] A. Isogai, "Wood nanocelluloses: fundamentals and applications as new bio-based nanomaterials," Wood Sc, vol. 59, p. 449–459, 2013.

[12] Y. D. H.P.S. Abdul KhaliL, "Production and modification of nanofibrillated cellulose using various mechanical processes: A review," Carbohydrate Polymers, vol. 99, p. 649– 665, 2014.

[13] M. M. A. Mohammad Tajul Islam, " REVIEW on MODIFICATION of NANOCELLULOSE for APPLICATION in COMPOSITES," International Journal of Innovative Research in Science Engineering and Technology , vol. 2, no. 10, 2013.

[14] M. B. Alireza Ashori, "Solvent-free acetylation of cellulose nano fiber for improving campability and dispersion," Carbohydrate Polymers, vol. 6, p. 369– 375, 2014.

[15] A. P. M. ,. M. A. Mehdi Jonoobi, "A Comparison of Modified and Unmodified Cellulose Nanofiber Reinforced Polylactic Acid (PLA) Prepared by Twin Screw Extrusion," J Polym Environ, vol. 20, pp. 991-997, 2012.

[16] K. a. K. Mindaugas Bulota, "Acetylated Microfibrillated Cellulose as a Toughening Agent in Poly(lactic acid)," Applied Polymer Science, vol. E448–E457, p. 126, 2012.

[17] S. L. M. J. Tingju Lu, "Effects of modifications of bamboo cellulose fibers on the improved mechanical properties of cellulose reinforced poly(lactic acid) composites," Composites, vol. 62, pp. 191-197, 2014.

[18] A. P. Mercedes Peltzerm, "Surfacemodification of cellulose nanocrystals by grafting with poly(lactic acid)," Polym Int, vol. 63, p. 1056–1062, 2013.

[19] D. P. Istva ´n Siro, "Microfibrillated cellulose and new nanocomposite materials," Cellulose , vol. 17, pp. 459-494, 2010.

[20] W. Z. Jiwen Wang, "Poly(Ethylene Glycol) Grafted Starch Introducing a Novel Interphase in Poly(Lactic Acid)/Poly(Ethylene Glycol)/Starch Ternary Composites," J Polym Environ, vol. 20, p. 528–539, 2012.

[21] K. O. Daniel Bondeson, "Polylactic acid/cellulose whisker nanocomposites modified by polyvinyl alcohol," Composites, vol. 38, p. 2486–2492, 2007.

[22] X. D. Z. Zhao Qian Li, "Preparation and Characterization of Bacterial Cellulose/Polylactide Nanocomposites," Polymer-Plastics Technology and Engineering, vol. 49, p. 141–146, 2010.

[23] L. J. a. B. R. Farrington D.W., Poly(lactic acid) Fibres, Biodegradable and Sustainable Fibres, England: CRC, 2005.

[24] H. B. A. a. I. Y. A. Abdul Khalil, " Green composites from sustainable cellulose nanofibrils: A review.," Carbohydrate Polymers, vol. 87, pp. 963-979, 2012.

[25] H. M. L. H. a. P. C. Saeidlou S., "Poly(lacticacid) Crystallization," J. Prog. Polym. Sci.,, vol. 12 , no. 37, pp. 1657-1677, 2012.

[26] M. L. Elham Eslahi Nowpashani, "Production of Polylactic Acid (PLA) from Biomass: A Review," بسپارش, vol. 3, pp. 66-75, 2013.

[27] J. L. a. Z. J, "Biodegradable Polymers and Polymer Blends," Journal of Handbook of Biopolymers and Biodegrad able Plastics, vol. 10, pp. 109-128, 2013.

[28] S. X. L. C. a. F. M. Wang N., Synthesis, Char acterization, Biodegradation, and Drug Delivery Application of Biodegradable Lactic/Glycolic Acid Polymers: I. Synthesis and Characterization,, J. Biomat. Sci., Ed., 11, p. 301.

[29] O. T. I. K. H. H. Harada M., "Increased Impact Strength of Biodegradable Poly(lactic acid)/Poly(butylenes succinate) Blend Composites by Using Isocyanate as a Reactive Processing Agen," J. Appl.Polym. Sci, vol. 106, pp. 1813-1820, 2007.

[30] N. K. J. a. W. R. H. Jung Wee Y., "Biotechnological Production of Lactic Acid and Its Recent Applications, Food Technology," Biotechnology, vol. 44, pp. 163-172, 2006.

[31] M. Shimao, "Biodegradation of plastics," Curr Opin Biotech, vol. 12, pp. 242-247, 2001.

[32] Y. N. Dae-Young Kim, "Surface acetylation of bacterial cellulose," Cellulose, p. 361–367, 2002.

[33] J. H. Ali Abdulkhani, "Preparation and characterization of modified cellulose nano bers reinforced polylactic acid nanocomposite," Polymer Testing, vol. 35, pp. 73-79, 2014.

[34] K. a. K. Mindaugas Bulota, "Acetylated Microfibrillated Cellulose as a Toughening Agent in Poly(lactic acid)," Applied Polymer Science, vol. 126, p. E448–E457, 2012.

[35] R. K. C. WeiDan Ding, "Non-isothermal crystallization behaviors of poly(lactic acid)/cellulose nanofiber composites in the presence of CO," uropean Polymer Journa, vol. 71, pp. 231-247, 2015.

[36] A. N. N. Lisman Suryanegara, "The effect of crystallization of PLA on the thermal and mechanical properties of microfibrillated cellulose-reinforced PLA composites," Composites Science and Technology, vol. 69, p. 1187–1192, 2009.

[37] W. L. Xiuju Zhang, "Studies on confined crystallization behavior of nanobiocomposites consisting of acetylated bacterial cellulose and poly (lactic acid)," Thermoplastic Composite Materials, vol. 26, p. 346–361, 2011.

[38] K. T. Yanan Song, "Crystallization behavior of poly(lactic acid)/microfibrillated cellulose composite," Polymer, vol. 54, p. 3417, 2013.

[39] Y. X. Yaming Wang, "Nucleation density reduction” effect of biodegradable cellulose acetate butyrate on the crystallization of poly(lactic acid)," Materials Letters, vol. 2014, p. 85–88, 128.

[40] Y. S. Jing-Hui Yang, "Synergistic Effect of Poly(ethylene glycol) and Graphene Oxides on the Crystallization Behavior of Poly(L-lactide)," APPL. POLYM, vol. 130, pp. 3498-3508, 2013.

[41] C. Q. Q. Z. Xiaoling Gao, "Brittle-Ductile Transition and Toughening Mechanism in POM/TPU/CaCO3 Ternary Composites," Macromol. Mater. Eng, vol. 289, pp. 41-48, 2004.

[42] F. L. L. J. Xuezhu Xu, "Cellulose Nanocrystals vs. Cellulose Nanofibrils: A Comparative Study on Their Microstructures and Effects as Polymer Reinforcing Agents," Appl. Mater, vol. 25, pp. 831-826, 2013.

[43] A. Galeski, "Strength and toughness of crystalline polymer systems," Prog. Polym. Sci, vol. 28, p. 1643–1699, 2003.

[44] S. B. J.-F. C. A.N. Frone, "Cellulose Fiber-Reinforced Polylactic Acid," POLYMER COMPOSITES, vol. 8, pp. 976-985, 2011.

[45] T. Z. Philippe Tingaut, "Synthesis and Characterization of Bionanocomposites with Tunable Properties from Poly(lactic acid) and Acetylated Microfibrillated Cellulose," Biomacromolecules, vol. 11, p. 454–464, 2010.

[46] S. B. L. Sung Wook Hwang, "Grafting of maleic anhydride on poly(L-lactic acid). Effects on physical and mechanical properties," Polymer Testing, vol. 31, p. 333–344, 2012.

[47] L. C. J. M. A. Segal, "An empirical method for estimating the degree of crystallinity of native cellulose using the X-ray diffractometer," Textile Research, vol. 29, pp. 786-794, 1959.

[48] U. a. G. N. Holzwarth, "The Scherrer equation versus the 'Debye-Scherrer equation," Nature Nanotechnology, vol. 9, pp. 534-534, 2011.

[49] W. Z. H. Z. C. P. J. Wang, "Continuous processing of low-density, microcellular poly(lactic acid) foams with controlled cell morphology and crystallinity," Chem. Eng. Sci, vol. 75, p. 390–399, 2012.

[50] N. T. P. Ö. Cetin, "Acetylation of cellulose nanowhiskers with vinyl acetate under moderate conditions," Macromolecular Bioscience, vol. 9, pp. 997-1003, 2009.

[51] M. a. F. R. Adebajo, "Infrared and 13C MAS nuclear magnetic resonance spectroscopic study of acetylation of cotton. Spectrochimica Acta Part A," Molecular and Biomolecular Spectroscopy, vol. 60, pp. 449-453, 2004.

[52] R. B. Mohamed Abdel Salam, "Synthesis and characterization of multi-walled," Arabian Journal of Chemistry, vol. 12, pp. 3-6, 2012.