تاثیر افزودن نانو کریستال سلولز بر خواص فیلم‌های پلیمری پلی هیدروکسی بوتیرات کووالرات

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد پژوهشکده فناوریهای شیمیایی، سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران، تهران، ایران

2 دانشجوی دوره دکتری تخصصی فرآورده‌های چندسازه چوب، دانشگاه زابل، زابل، ایران

3 دانشجوی دوره دکتری تخصصی فرآورده‌های چندسازه چوب، دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

پلی هیدروکسی بوتیرات کووالرات (PHBV) یک بایوپلیمر گرمانرم و زیست تخریب‌پذیر است که بوسیله گونه‌ای از باکتری‌ها تولید می‌شود. این بایو پلیمر به دلیل خواص مشابه با پلی پروپیلن بسیار مورد توجه مجامع علمی و صنعتی واقع شده است. با وجود مزایای زیاد PHBV نسبت به پلیمرهای پتروشیمیایی، استفاده از آن به علت هزینه بر بودن فرایند تولید و همچنین پایین بودن برخی خواص فیزیکی و مکانیکی، محدود می‌باشد. یکی از روشهای برطرف کردن این مشکل استفاده از نانو ذرات بعنوان تقویت کننده است. در این پژوهش، فیلم‌های نانوکامپوزیت PHBV حاوی نانوکریستال سلولز (CNC)، تهیه شد. تاثیر افزودن CNC بر ویژگی‌های مکانیکی شامل استحکام کششی و ازدیاد طول پارگی و ویژگی‌های دینامیکی-مکانیکی شامل مدول ذخیره و تانژانت دلتا و ویژگی‌های مرفولوژی سطحی توسط میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) و نهایتا ویژگی‌های حرارتی توسط آنالیزگرماسنجی تفاضلی (DSC) بر اساس استانداردهای مربوطه مورد ارزیابی قرار گرفت. نانو کریستال سلولز با نسبت‌های صفر، 1، 3 و 5 درصد وزنی به بایو پلیمراضافه شد و فیلم نانوکامپوزیت به روش قالبگیری محلول تهیه شد. نتایج آزمون‌های مکانیکی نشان داد که استحکام کششی با افزایش نانو کریستال سلولز تا 1 درصد افزایش یافت اما با افزدون مقادیر بالاتر، استحکام کششی کاهش یافت. همچنین تغییر طول در نقطه شکست با افزایش نانو ذرات کاهش یافت. نتایج حاصل از میکروسکوپ الکترونی پویشی حاکی از پراکنش بسیار خوب نانو ذرات در سطح 1 درصد می‌باشد. نتایج آزمون دینامیکی- مکانیکی نیز نشان داد که با افزایش درصد نانو ذرات در دماهای پایین مدول ذخیره نانوکامپوزیت‌ها افزایش می‌یابد و با افزایش دما مدول ذخیره کاهش می‌یابد. نتایج آزمون گرماسنجی تفاضلی نیز نشان داد افزودن نانو ذرات دمای انتقال شیشه‌ای را افزایش می‌دهد که احتمالا به علت ایجاد پیوندهای قوی بین پلیمر و نانو کریستال سلولز و همچنین بلورینگی بالای CNC می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Carli, L.N., Crespo, J.S. and Mauler, R.S., 2011. PHBV nanocomposites based on organomodified montmorillonite and halloysite: The effect of clay type on the morphology and thermal and mechanical properties. Composites Part A, 42: 1601-1608.

[2] Siqueira G., Bras J. and Dufresne A., 2010. Cellulosic bionanocomposites: A review of preparation, properties and applications. Polymers, 2(4): 728-765.

[3]­ Verlinden, R.A.J., Hill D.J., Kenward M.A., Williams C.D., Piotrowska-Seget, Z. and Radecka I.K., 2011. Production of polyhydroxyalkanoates from waste frying oil by Cupriavidus necator. AMB Express, 1(1): 1-8.

[4] Seone, L.T., Cerrutti, P., Vazquez, A., Manfredi, L.B. and Cyras, V.P., 2017. Polyhydroxybutyrate based nanocomposites with cellulose nanocrystals and bacterial cellulose. Journal of Polymers and the Environment, 25: 5886-5898.

[5]­­ Dasan, Y.K., Bhat, A.H. and Faiz. A., 2017. Polymer blend of PLA/PHBV based bionanocomposites reinforced with nanocrystalline cellulose for potential application as packaging material. Carbohydrate Polymrs, 157: 1323-1332.

[6] Hossain, K.M.Z., Felfel, R.M., Rudd, C.D., Thielemans, W. and Ahmed, I., 2014. The effect of cellulose nanowhiskers on the flexural properties of self-reinforced poly lactic acid composites. Reactive and Functional Polymers, 85: 193-200.

[7] Jacob, M., Thomas, S. and Varughese, K.T., 2004. Mechanical properties of sisal/oil palm hybrid fiber reinforced natural rubber composites. Composites Science and Technology, 64(7): 955-965.

[8] Moon, R.J., Martini, A., Nairn, J., Simonsen, J. and Younblood, J., 2011. Cellulose nano-materials review: Structure properties and nanocomposites. Chemical Society Reviews, 40: 3941-3994.

[9] Ten, E., Bahr, D.F., Li, B., Jiang, L. and Wolcott, M.P., 2012. Effects of cellulose nano whiskers on mechanical, dielectric, and rheological properties of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)/cellulose nano whisker composites. Industrial and Engineering Chemistry Research, 51(7): 2941-2951.

[10] Cao, X., Xu, C., Wang, Y., Liu, Y., Liu, Y. and Chen, Y., 2013. New nanocomposite materials reinforced with cellulose nanocrystals in nitrile rubber. Polymer Testing, 34(4): 819-826.

[11] Wang, B., Li, J., Zhang J., Li H., Chen P., Gu Q. and Wang Z., 2013. Thermo-mechanical properties of the composite made of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) and acetylated chitin nanocrystals. Carbohydrate Polymers, 89(4): 100-106.