بررسی ویژگی‏های نانوچندسازه‏های تهیه‏شده از پلی‏‏لاکتیک اسیدِ تقویت‏‏شده با نانو‌الیاف سلولزی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

نانو کامپوزیت‌های زیست تخریب‌پذیر بر پایة پلی‌لاکتیک اسید، تقویت‌شده با نانو الیاف سلولز استیله شده و با روش قالب‌ریزی حلال و در فاز محلول ساخته شدند. نانو الیاف در سه سطح 1 ،3 و 5 درصد وزن فیلم اضافه شد. ریزساختار، بازدارندگی، همچنین خواص مکانیکی، فیزیکی و حرارتی نانوکامپوزیت‌ها مطالعه شد. ریزنگاره‌های میکروسکوپ الکترونی توزیع یکنواخت نانوذرات در ماتریس پلیمر در درصدهای کم را نشان داد و نتایج آزمون‌های دیگر را تأیید کرد. نتایج حاصل از نفوذپذیری آزمون‌های بخار آب نشان داد که استفاده از نانوالیاف استیله آثار قابل توجهی در نفوذپذیری فیلم نداشت. با توجه به پراکنش خوب نانو الیاف در سطح 1 و 3 درصد خواص کشش‌پذیری (افزایش طول) نانو کامپوزیت بهبود قابل توجهی داشت ولی با افزایش درصد نانو الیاف، تجمع بین الیاف زیاد شد و نانو کامپوزیت از حالت پلاستیکی خارج و تبدیل به ماده‌ای سخت و شکننده می‌شود. این امر باعث افزایش قابل توجه در مدول الاستیسیته می‌شود. اثر تقویت‌کنندگی نانوالیاف در ترکیب با پلی‌لاکتیک اسید باعث افزایش کمی در دمای گذر شیشه‌ای و درجه حرارت ذوب‌شدن شد. با این حال، رفتار حرارتی فیلم‌های نانوکامپوزیتی الگوی بسیار مشابه به فیلم PLA خالص را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Characterization of Cellulose Reinforced Polylactic Acid Solution Cast Nanocomposite

نویسندگان [English]

  • Ali Abdolkhani 1
  • Jaber Hoseinzadeh 2
  • Sahab Hedjazi 1
1 Assistant Professor, Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
2 MSc. Student, Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
چکیده [English]

Polylactic acid based Biodegradable nanocomposites reinforced with acetylated nanocellulose were fabricated with solution casting procedure. The nanocomposites were prepared by adding 1, 3 and 5% nanofiber loadings. The microstructure, physical, mechanical and thermal properties of the prepared nanocomposites were investigated. Scanning electronic microscope (SEM) analysis of the composites confirmed the uniform distribution of nanoparticles within the matrix at low percentages. According to water vapor barrier test results, acetylated fibers did not improve the permeability of the prepared composites. Tensile strength (elongation) of nanocomposites had improved significantly by reinforcing with nanofibers due to the good dispersion of nanofibers at 1 and 3 percent, while the increase of nanofiber led to an aggregation and a brittle film with increased modulus of elasticity. Reinforcing effect of nanocellulose caused an increase in glass transition and melting temperature of the composites. However, the thermal behavior of nanocomposite and pure PLA films showed a very similar pattern.

کلیدواژه‌ها [English]

  • biodegradable polymer
  • Cellulose Nanofiber
  • mechanical properties
  • Microstructure
  • polylactic acid
  • Thermal properties
[1]. Cheng, Y., Deng, Sh., Chen, P., and Runa, R. (2009). Polylactic acid (PLA) synthesis and modifications: a review. Frontiers of Chemistry in China, 4(3): 259–264.

[2]. Kirwan. M.J., and Strawbridge, J. W. (2003). Plastics in food packaging. Food Packaging Technology, London, U.K.: BlackwellPublishing, CRC Press. pp.174-240.

[3]. Sinha. S., Yamada, K., Okamoto, M., Fujimotoa, Y., Ogami, A., and Ueda, K. (2003). New Polylactide/layered silicate nanocomposites: designing of materials with desired properties. Polymer, 44:6633–6646.

[4]. Lunt, J. (1998). Large-scale production, properties and commercial applications of polylactic acid polymers. Polymer Degradation and Stability, 59(1-3):145-152.

[5]. Mohanty, A.K., Misra, M., and Hinrichsen, G. (2000). Biofibres, biodegradable polymers and biocomposites: an overview. Macromolecular Materials and Engineering, 276/277:1–24.

[6]. Sinha Ray, S., Vaudreuil, S., Maazouz, A., and Bousmina, M. (2006). Dispersion of multi-walled carbon nanotubes in biodegradable poly (butylene succinate) matrix. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 6 (7): 2191-2195.

[7]. Lu, X., Lv, X., Sun, Z., and Zheng, Y. (2008). Nanocomposites of poly (L-lactide) and surfacegrafted TiO2 nanoparticles: synthesis and characterization. European Polymer Journal, 44(8): 2476-81.

[8]. Xu, J.Z., Chen, T., Yang, C.L., Li, Z.M., Mao, Y.M., and Zeng, B.Q (2010). Isothermal crystallization of poly (L-lactide) induced by graphene nanosheets and carbon nanotubes: a comparative study. Macromolecules, 43(11): 5000-8.

[9]. Okubo, K., Fujii, T., and Thostenson, ET. (2009). Multi-scale hybrid biocomposite: processing and mechanical characterization of bamboo fiber reinforced PLA with microfibrillated cellulose. Composites Part A. 40, 469-75.

[10]. Jonoobi, M., Harun, J., Shakeri, A., Misra, M., and Oksman, K., (2009. BioResources, 4(2):626–639.

[11]. Hubbe, M.A., Rojas, O.J., Lucia, L.A., and Sain, M. (2008). Cellulosic nanocomposites: a review. BioResources, 3(3): 929-980. 

[12]. Ifuku, S., Nogi, M., Abe, K., Handa, K., Nakatsubo, F., and Yano, H. (2007) Biomacromolecules, 8:1973–1978

[13]. Rhim, J.W., Hong., S.I., and Ha, C.S. (2009). Tensile, water vapor barrier and antimicrobial properties of PLA/nanoclay composite films. LWT- Food Science and Technology, 42, 612–617.

[14]. ASTM E96-05. (1995). Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials. American Society for Testing and Materials: Philadelphia, PA.

[15]. Dufresne, A., Dupeyre, D., and Paillet, M. (2002) Lignocellulosic flour-reinforced poly(hydroxybutyrate-co-valerate) composites. Journal of Applied Polymer Science: 1302-1315.

[16]. Iwatake, A, Nogi, M., and Yano, H. (2008). Cellulose nanofiber-reinforced polylactic acid. Composites Science and Technology 68: 2103-2106.

[17]. Arora, A., and Padua, G.W. (2010). Review: Nanocomposites in Food Packaging. Journal of Food Science, 75 (1): 43-49.

[18]. Auras, R., Harte, B., Selke, S., and Hernandez, R. (2003). Mechanical, physical, and barrier properties of poly (lactide) films. Journal of Plastic Film and Sheeting, 19, 123-35.

[19]. Vasconez, M.B., Flores, S.K., Campos, C.A., Alvarado, J., and Gerschenson, L.N. (2009). Antimicrobial activity and physical properties of chitosan - tapioca starch based edible films and coating. Food Research International, 42, 762-769.

[20]. Yasuniwa, M., and Satou, T. (2002) Multiple melting behavior of poly(butylene succinate). I. Thermal analysis of melt-crystallized samples. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics 40: 2411-2420.