Skip to main content
SUPERVISOR
Roohollah Bagheri,Nasrin Etesami
روح اله باقری (استاد راهنما) نسرین اعتصامی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad kazem Maniei
محمدکاظم منیعی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Investigation of Grafting Process of Styrene Monomers on Starch Granules for Preparation of a Bioplastic
Modification of starch is being intensively studied and modified starch is used for applications in synthetic polymers. The essential force for this activity is due to both biodegradability and a renewability resource of starch. In many studies starch and its derivatives are used as biodegradable fillers for different synthetic polymers. Unfortunately, the mechanical properties of thermoplastic polymer/starch blends are very poor due to the incompatibility and hydrophilic nature of starch. For this purpose, graft polymerization of thermoplastic polymers onto starch is one of the best methods for preparing composites of starch with synthetic polymers. In the present research, graft copolymer of starch-polystyrene (PS-g-starch) was prepared by an internal mixer as reactor and using benzoyl peroxide as thermal initiator at various temperatures (110-130?C). To achieve this samples, first a predetermined pre-mixture containing native starch, styrene monomer and thermal initiator was prepared at the same time by a mechanical mixer. The mixture was feed into the internal mixer device. In order to achieve the highest amount of grafted polystyrene on starch, some factors such as starch/styrene monomer weight percent ratio, amount of thermal initiator, reaction time, the internal mixer speed of rotor and reaction temperature were change. To evaluate grafting percentage from extraction analysis the synthetized homopolymer was extracted by Soxhlet apparatus using toluene as solvent. Weight percent of homopolymer was calculated by weighting the obtained samples. The homopolymer weight percent (PS wt. %) was found to be 40.42%. Acetic acid and prcoloric acid were used to isolate grafted part from the starch compound to calculate grafting percentage. The highest grafted polystyrene on starch particles was 9.60%. To confirm the grafting reaction the Transfer Infrared Spectroscopy (FTIR) and the Scanning Electronic Microscope ( SEM ) of the extracted sample were used. Transfer Infrared Spectroscopy spectrum showed new peaks in range of 700, 765, 1553 and 3058 cm -1 for C-H in aromatic rings of polystyrene and the peaks present in interval of 1700-2000 cm -1 for C=C present in aromatic ring before and after Soxhlet extraction. The scanning electronic microscope micro graphs of the samples before Soxhlet extraction showed the synthesized polystyrene covers starch particles surface and after Soxhlet extraction grafted polystyrene remained on starch particles surfaces. These result showed that the polystyrene was grafted on the surface of starch particles. To investigate of thermal stability of samples, after and before Soxhlet extraction the thermal gravimetric analysis (TGA) was used. Result indicated that the sample before Soxhlet extraction showed two step thermal degradation. The first step occurred in 275-355 ?C indicates starch part degradation and the second step occurred in 355-465 ?Crepresenting the polystyrene degradation. Polystyrene increase the thermal stability of native starch. The sample after Soxhlet extraction showed one step thermal degradation. This result is because of extraction homopolymer part from sample. To evaluate the process ability of compounds, the melt flow index was determined. Result showed that with increasing of grafted percentage to 9.60%, the process ability of samples was increasing too. Keywords: Starch, polystyrene, graft copolymer, internal mixer.
امروزه اصلاح نشاسته به منظور استفاده در پلیمرهای سنتزی به شدت مورد توجه قرار گرفته است. علت اصلی این موضوع هم زیست تخریب پذیر بودن نشاسته می باشد. در بسیاری از تحقیقات صورت گرفته نشاسته به عنوان یک پرکننده زیست تخریب پذیر مورد استفاده قرار گرفته است. متأسفانه خواص مکانیکی ضعیف آلیاژهای برپایه نشاسته باعث عدم استفاده از این محصولات در صنعت شده است. برای این منظور کوپلیمریزاسیون پیوندی مواد پلیمری بر روی سطح ذرات نشاسته به عنوان یکی از بهترین روش های افزایش کارایی نشاسته مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش کوپلیمرپیوندی پلی استایرن- نشاسته با استفاده از یک شروع کننده حرارتی (بنزوئیل پرکسید) و دستگاه مخلوط کن داخلی به عنوان راکتور در دماهای مختلف (?C 130-110) تهیه گردید.جهت دستیابی به این محصول در ابتدا یک پیش مخلوط طبق شرایط از پیش معین شده با استفاده از مطالعات از نشاسته، مونومر استایرن و شروع کننده حرارتی تهیه شد، سپس این آمیزه به درون دستگاه مخلوط کن داخلی هدایت گردید. جهت دستیابی به بیشترین میزان پلی استایرن پیوند زده شده، عوامل فرآیندی تأثیر گذار بر روی واکنش، نظیر درصد وزنی نشاسته/مونومر استایرن، میزان شروع کننده، زمان واکنش، دور همزن و دمای واکنش مورد بررسی قرار گرفتند. در ادامه جهت بررسی میزان درصد پیوندزنی حاصل شده از آنالیز استخراج با استفاده از دستگاه سوکسوله و حلال تولوئن بخش هموپلیمر سنتز شده در ابتدا جداسازی شده و سپس با استفاده از وزن کردن نمونه ها درصد هموپلیمر مورد محاسبه قرار گرفت. با استفاده از این آنالیز مشاهده شده که بهترین نمونه حاوی 42/40% هموپلیمر می باشد. در ادامه جهت دستیابی به مقدار درصد پیوندزنی، از اسید استیک و پرکلریک اسید جهت جداسازی بخش پیوند زده شده از نشاسته استفاده شد. با استفاده از این روش مشاهده شده که بیشترین درصد پلیمر پیوندزده شده برابر با60/9%می باشد.از آزمون طیف سنجی انتقال فوریه زیر قرمز (FTIR)نیز جهت بررسی پیوندهای ایجاد شده در نمونه بدست آمده قبل و بعد از استخراج سوکسوله استفاده شد. این آزمون به خوبی وجود پلی استایرن پیوند زده شده بر روی ساختار ذرات نشاسته در طول موج هایcm -1 700 و 765، 1460، 1553، 3058 برایC-H موجود در حلقه آروماتیک و پیک های موجود در بازهcm -1 1700-2000 برای C=Cموجود در حلقه آروماتیک بعد از استخراج سوکسوله را تصدیق می نماید. آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) جهت بررسی فرآیند پیوندزنی مورد استفاده قرار گرفت. با استفاده از نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی بدست آمده از محصول قبل از استخراج سوکسوله، مشاهده شد که پلی استایرن سنتز شده به خوبی سطح ذرات نشاسته را پوشانده است و نتایج بدست آمده از محصول بعد از استخراج نشان دهنده قسمت های پیوندزده شده باقی مانده بر روی سطح ذرات نشاسته می باشد. از آزمون حرارتی TGA نیز برای بررسی پایداری حرارتی محصول بدست آمده قبل و بعد از استخراج سوکسوله استفاده شد. مشاهده شد که محصول بدست آمده قبل از استخراج سوکسوله تخریت حرارتی دو مرحله ای را از خود به نمایش می گذارد. مرحله اول در بازه ی دمایی ?C355-275 رخ داده که نشان دهنده تخریب بخش نشاسته می باشد و مرحله دوم در رنج دمایی ?C 465-355رخ داده است که نشان دهنده تخریب بخش پلی استایرن می باشد. با توجه به این نتایج مشاهده می شود که حضور پلی استایرن باعث افزایش پایداری حرارتی محصول بدست آمده شده است. جهت بررسی جریان پذیری محصول بدست آمده از آزمون تعیین شاخص جریان مذاب استفاده گردید. با استفاده از این آزمون مشاهده شد که با افزایش درصد پیوندزنی تا 60/9% میزان جریان پذیری افزایش می یابد. نتایج بدست آمده حاکی از این می باشد که نمونه های حاصل قابلیت فرآیندپذیری داشته و دارای خصلت ترموپلاستیکی می باشند. کلمات کلیدی: نشاسته، پلی استایرن، کوپلیمرپیوندی، مخلوط کن داخلی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی