نانوکامپوزیت‌های سه جزئی پلی‌کاپرولاکتون/ پلی‌لاکتیک اسید/ نانوکریستال سلولز: ساخت، بررسی خواص مکانیکی، دینامیکی- مکانیکی و ریخت‌شناسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو دوره دکتری تخصصی فرآورده های چندسازه چوب، دانشگاه زابل، زابل، ایران.

2 دانشیار گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه زابل، زابل، ایران.

3 دانشگاه تهران

4 گروه شیمی پلیمر، دانشکده شیمی، دانشگاه امیرکبیر، تهران، ایران

5 استادیار گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه زابل، زابل، ایران.

چکیده

هدف از انجام این تحقیق، بررسی خواص مکانیکی، دینامیکی- مکانیکی و ریخت­شناسی نانوکامپوزیت­های سه‌جزئی پلی‌کاپرولاکتون/ پلی‌لاکتیک‌اسید و نانو کریستال سلولز می­باشد. برای این منظور، نانوکامپوزیت­ها با استفاده از روش ریخته­گری حلال ساخته شدند. سپس آزمون­های مکانیکی شامل مقاومت کششی، مدول الاستیسیته و تغییر طول تا شکست و آزمون دینامیکی مکانیکی برای به دست آوردن مدول ذخیره، مدول اتلاف و فاکتور اتلاف بر روی نانوکامپوزیت­ها انجام شد. به‌منظور بررسی ریخت­شناسی نانوکامپوزیت­ها از میکروسکوپ الکترونی پویشی گسیل­میدانی و برای بررسی واکنش­های احتمالی صورت گرفته از طیف­سنجی مادون‌قرمز استفاده شد. نتایج نشان داد که با افزایش نانوکریستال سلولز و پلی­لاکتیک اسید تا یک حد مشخص، خواص مکانیکی و دینامیکی- مکانیکی بهبود یافت. میکروسکوپ الکترونی پویشی گسیل میدانی حضور نانو ذرات در نانوکامپوزیت­ها را تایید کرد و نتایج طیف­سنجی مادون‌قرمز، واکنش هیدروژنی میان گروه­های هیدروکسیل نانو کریستال سلولز با گروه­های کربونیل پلی­کاپرولاکتون و پلی­لاکتیک اسید و همچنین گروه­های هیدروکسیل و گروه­های کربونیل هر دو نوع پلیمر با یکدیگر را تائید کرد.

کلیدواژه‌ها


[1] Malinowski, R., 2016. Mechanical properties of PLA/PCL blends crosslinked by electron beam and TAIC additive. Chemical Physics Letters, 662:91-96.
[2] Hivechi, A., Bahrami, S.H., and Siegal, R.A., 2019. Drug release and biodegradability of electrospun cellulose nanocrystal reinforced polycaprolactone. Material Science & Engineering C, 94:929-937.
[3] Semba, T., Kitagawa, K., Ishiaku, U.S., and Hamada, H., 2006. The Effect of Crosslinking on the Mechanical Properties of Polylactic Acid/Polycaprolactone Blends. Journal of Applied Polymer Science, 101(3):1816-1825.
[4] Hassan, M.E., Bai, J. and Dou, D.Q., 2019. Biopolymers; Definition, Classification and Applications. Egyptian Journal of Chemistry, 62(9):1725-1737.
[5] Garcia, D.G., Martinez, J.L., Balart, R., Strömberg, E., and Moriana, R., 2018. Reinforcing capability of cellulose nanocrystals obtained from pine cones in a biodegradable poly(3-hydroxybutyrate)/poly(ε-caprolactone) (PHB/PCL) thermoplastic blend. European Polymer Journal, 104:10-18.
[6] Germiniani, L.G.L., Silva, L.C.D.E., Pilvelic, T.S., and Gonc¸alves, M.C., 2018. Poly(e-caprolactone)/cellulose nanocrystal nanocomposite mechanical reinforcement and morphology: the role of nanocrystal pre-dispersion. Journal of Material Science, 54(1):414-426.
[7] Arrieta, M.P., Fortunati, E., Dominici, F., López, J., and Kenny, J.M., 2015. Bionanocomposite films based on plasticized PLA–PHB/cellulosenanocrystal blends. Carbohydrate Polymers, 121:265-275.
[8] Javadzadeh Moghtader, Gh., Faezipour, M., Hamzeh, Y., and Jonoobi, M., 2017. Preparation and dynamic thermal analysis of zein, chitosan and nanocellulose nanocomposites. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 8(3):471-481.
[9] Ashori, A.R., Shahreki, A., and Ismaeilimoghadam, S., 2019. Effects of cellulose nanocrystal addition on the properties of polyhydroxybutyrate-co-valerate (PHBV) films. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 10(1):153-164.
[10] Chen, Y., Geever, L.M., Higginbotham, C.L., and Devine, D.M., 2014. Analysis of the Mechanical Properties of Solvent Cast Blends of PLA/PCL. Applied Mechanics and Materials, 679:50-56.
[11] Yang Mi, H., Jing, X., Peng, J., Salic, M.R., Peng, X.F. and Turng, L.Sh., 2014. Poly(e-caprolactone) (PCL)/cellulose nano-crystal (CNC) nanocomposites and foams. Cellulose, 21(4):2727-2741.
[12] Jonoobi, M., Rahamin, H., and Rafieian, F., 2015. Cellulose nanocrystal properties and their applications. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 6(1):167-192.
[13] Jeong, H., Rho, J., Shin, J.Y., Lee, D.Y., Hwang, T., and Kim, K.J., 2018. Mechanical properties and cytotoxicity of PLA/PCL films. Biomedical Engineering Letters, 8(3):267-272.
[14] Wachirahuttapong, S., Thongpin, Ch., and Sombatsompop, N., 2016. Effect of PCL and compatibility contents on the morphology, crystallization and mechanical properties of PLA/PCL blends. Energy Procedia, 89:198-206.
[15] Ismaeilimoghadam, S., Masoudifar, M., Nosrati, B., and Shamsian, M., 2016. Effect of inorganic nanoparticles on mechanical and morphological properties of wood flour-polypropylene nano composit. Drewno, 59(196):127-137.
[16] Sessini, V., Navarro-Baena, I., Arrieta, M.P., Dominici, F., Lopez, D., Torre, L., Kenny, J.M., Dubois, P., Raquez, J.M., and Peponi, L., 2018. Effect of the addition of polyester-grafted-cellulose nanocrystals on the shape memory properties of biodegradable PLA/PCL nanocomposites. Polymer Degradation and Stability, 152:126-138.
[17] Roohani, M., and Kord, B., 2016. Dynamic mechanical and thermal properties of bagasse/glass fiber/polypropylene hybrid composites. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 7(1):103-114.