بررسی خصوصیات مورفولوژیکی و فیزیکی- مکانیکی چندسازۀ چوب پلاستیک ساخته‌شده از پلیمر گیاهی پلی‌لاکتیک اسید

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموختۀ کارشناسی ارشد، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

2 دانشیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

3 مربی، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

چکیده

هدف این تحقیق، ساخت چندسازۀ چوب‌پلاستیک سازگار با طبیعت با مادۀ زمینه‌ای پلاستیک گیاهی زیست‌تخریب‌پذیر پلی‌لاکتیک اسید و تقویت‌کنندۀ آردچوب و الیاف خمیر کاغذ است. برای ارزیابی علمی نتایج این پژوهش، خصوصیات نمونه‌های ساخته‌شده با پلاستیک گیاهی پلی‌لاکتیک با نمونه‌های ساخته‌شده با یکی از متداول‌ترین پلاستیک‌های سنتزی (پلی‌اتیلن سبک) مقایسه شد. همچنین برای رسیدن به بهترین خصوصیات فراوردۀ مرکب جدید، از فاکتورهای مهم و مؤثر همانند درصد اختلاط ماده زمینه‌ای‌- پرکننده در چهار سطح و نیز شکل مادۀ چوبی در دو سطح آرد چوب و الیاف خمیر کاغذ به‌عنوان متغیر استفاده شد. نمونه‌های ساخته‌شده با پلی‌لاکتیک اسید از طریق پرس تخت و نمونه‌های ساخته‌شده با پلی‌اتیلن سبک از طریق پرس تزریقی براساس استاندارد ASTM ساخته شد. در این تحقیق افزون‌بر آزمون خواص فیزیکی و مکانیکی، خواص مورفولوژیکی فراوردۀ جدید نیز به کمک پویش الکترونی بررسی شد. برپایۀ نتایج به‌دست‌آمده، خواص مکانیکی همۀ نمونه‌های ساخته‌شده با پلیمرهای پلی‌اتیلن سبک و پلی‌لاکتیک اسید با افزایش درصد الیاف کاغذ و آرد چوب افزایش یافته و بیشترین مقدار مقاومت‌های مکانیکی مربوط به نمونه‌های حاوی پلیمر پلی‌اتیلن سبک است. یافته‌های خواص فیزیکی نیز حاکی از آن است که در همۀ نمونه‌ها با کاهش درصد آرد چوب و الیاف کاغذ، جذب آب و واکشیدگی ضخامتی نمونه‌ها بهبود یافت. ضمن اینکه نمونه‌های ساخته‌شده از پلیمر پلی‌اتیلن سبک نسبت به نمونه‌های حاوی پلیمر پلی‌لاکتیک اسید خواص فیزیکی بهتری از خود نشان دادند. در نهایت با بررسی کلی نتایج این پژوهش و مقایسۀ تصاویر میکروسکوپی نمونه‌ها می‌توان بیان داشت که بهترین مقاومت‌های مکانیکی و فیزیکی مربوط به نمونه‌های ساخته‌شده با پلی‌اتیلن سبک و آرد چوب است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The morphological and physico-mechanical properties of wood plastic composite made of polylactic acid polymer

نویسندگان [English]

  • Milad Asadi Shahabi 1
  • Saeed Reza Farrokhpayam 2
  • Babak Nosrati Sheshkal 2
  • Rahim Mohebbi Gargari 3
1 M.Sc Graduate Student Graduated student, Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, University of Zabol, Zabol, I.R. Iran
2 Assoc. Prof., Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, University of Zabol, Zabol, I.R. Iran
3 Lecturer, Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, University of Zabol, Zabol, I.R. Iran
چکیده [English]

This study aims to fabricate an eco-friendly wood plastic composite with poly (lactic acid) biodegradable matrix reinforced by wood flour and pulp fibers. Polylactic acid (PLA) samples were compared to the samples made from one of the most commonly used synthetic plastics, i.e. low density polyethylene to evaluate the results of this study. Besides, in order to achieve the best characteristics of the new composite, some effective factors such as the mixing percentage of the filler and matrix in four levels and the shape of the wood material in two levels of wood flour and pulp fibers were used as variables. Samples made of PLA and low density polyethylene were fabricated by flat press and by injection molding, respectively, according to ASTM standard. In this work, in addition to test the physical and mechanical properties, the morphological properties of the new product were studied by electron scanning microscopy. According to the results, the mechanical properties of all samples made of low density polyethylene and poly lactic acid increased with increasing content of paper fibers and wood flour and the highest mechanical strength was observed for samples containing low density polyethylene. The results of physical properties also showed that in all specimens, with a decrease in the content of wood flour and paper fibers, water absorption and thickness swelling were improved. In addition, samples made of low density polyethylene showed better physical properties than samples containing PLA polymer. Finally, by reviewing the results of this study and comparing the microscopic images of the samples, it can be concluded that the best mechanical and physical resistance are related to specimens made with low density polyethylene and wood flour.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Natural Polymer
  • Poly lactic acid
  • Wood-Plastic
  • Physico-mechanical properties
[1]. Jesuarockiam, N., Jawaid, M., Zainudin, E., Sultan, M., and Yahaya, R. (2019). Enhanced thermal and dynamic mechanical properties of synthetic/natural hybrid composites with graphene nanoplateletes. Journal of Polymers, 11(2): 1085-1103.

[2]. Lopez, Y. M., Paes, J. B., Rodriguez, E. M., Gustave, D., and Gonçalves, F. G. (2018). Wood particleboards reinforced with thermoplastics to improve thickness swelling and mechanical properties. Cerne, 24(4): 369-378.

[3]. Caraschi, J., and Leo, A. (2002). Wood flour as reinforcement of polypropylene. Journal of Material Research, 5(4): 405-409.

[4]. 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(3): 6633–6646.

[5]. Allahdady, M., Hedjazi, S., Jonoobi, M., Abdulkhani, A., and Jamalirad, L. (2017). Biodegradation behaviors and color change of composite’s based on type of bagasse pulp/polylactic acid. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 8(1): 1-13.

[6]. Drumright, R. E., Gruber, P. R., and Henton, D. E. (2000). Polylactic acid technology. Advanced Materials, 12(23), 1841-1846.

[7]. Rezaeigolestani, M., Khanjari, A., Misaghi, A., Akhondzadeh, Basti, A., Abdulkhani, A., and Fayazfar, S. (2018). Development of biodegradable antibacterial Polly-lactic acid based packaging films with bioactive compounds. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 9(2): 153-162.

[8]. Huda, M.S., Drzal, L.T., Misra, M., and Mohanty, A.K. (2006). Wood-fiber-reinforced poly (Lactic acid) composites: evaluation of the physicomechanical and morphological properties. Journal of Applied Polymer Science, 102(7): 4856–4869.

[9]. Qin, L. (2011). Mechanical and thermal properties of poly (lactic acid) composites with rice straw fiber modified by poly (butyl acrylate). Chemical Engineering Journal, 166(2): 772–778.

[10]. Tisserat, B., Joshee, N., Mahapatra, A.K., Selling, G.W., and Finkenstadt, V.L. (2013). Physical and mechanical properties of extruded poly (lactic acid)-based paulownia elongate bio-composites. Industrial Crops and Products, 44(3): 88– 96.

[11]. Abdolkhani, A., Hoseinzadeh, J., and Hedjazi, S. (2014). Characterization of cellulose reinforced polylactic acid solution cast nanocomposite. Journal of Forest and Wood Products, 67(2): 271-282.

[12]. Almasi, H., Ghanbarzadeh, B., and Dehghannia, J. (2014). Properties of poly (lactic acid) nanocomposite film containing modified cellulose nanofibers. Iranian Journal of Polymer Science and Technology, 26(6): 485-497.

[13]. Dadashi, S., Mousavi, S.M., Emam D-Jomeh, Z., and Oromiehie, A. (2012). Films based on poly (lactic acid) biopolymer: effect of clay and cellulosic nanoparticles on their physical, mechanical and structural properties. Iranian Journal of Polymer Science and Technology, 25(2): 127-136.

[14]. Kargarfard, A. (2011). The effect of wood particles type and coupling agent content on properties of composites from recycled polypropylene and eucalyptus wood. Journal of Forest and Wood Products, 64(1): 55-64.

[15]. Ichazo, M.N., Albano, C., Gonzalez, J., Perera, R., and Candal, M.V. (2001). Polypropylene/ wood flour composites: treatments and properties. Composites Structure, 54(2-3): 207-214.

[16]. Kord, B., Ismaeilimoghadam, S., and Malekian, B. (2010). Effect of immersion temperature on the water uptake of polypropylene/wood flour/ organoclay hybrid nonocomposite. BioResources, 6(1):584-593.

[17]. Bouafif, H., Koubaa, A., Perre, P., and Cloutier, A. (2009). Effects of fiber characteristics on the physical and mechanical properties of wood plastic composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 40(12):1975-1981.

[18]. Ghasemi, E., Azizi, H., and Naeimian, N. (2009). Investigation of the dynamic mechanical behavior of polypropylene/ (wood flour)/ (kenaf fiber) hybrid composites. Journal of Vinyl and Additive Technology, 15(2):113 – 119.

[19]. Rajak, D. K., Pagar, D., Pagar, L., and Linul, E. (2019). Fiber-Reinforced Polymer Composites: Manufacturing, Properties, and Applications, Journal of Polymer, 11(4): 1667-1702.

[20]. Saffarzadeh, S., and Ebrahimi, G.H. (2000). A study of cellulosic fibers/high density polyethylene composites and their mechanical properties. Iranian Journal of Natural Resources, 53(3): 217-226.

[21]. Stark, N.M., and Rowlands, R.E. (2003). Effects of wood fiber characteristics on mechanical properties of wood. Polypropylene composites. Wood and Fiber Science, 35(2):167-174.

[22]. Kord, B., Pourabbasi, S., and Kiaeifar, A. (2010). Effect of amount and type of reinforcing cellulose material on the physical-mechanical properties of wood plastic composite. Journal of Sciences and Techniques in Natural Resources, 5(3): 57-68.