بررسی اثر افزودن نانو بلور های نشاسته اصلاح شده بر برخی خواص آلیاژ پلی اتیلن سبک- نشاسته گرما نرم

STUDENT

DEGREE

YEAR

: Plastics with exclusive properties as a synthetic material are a good alternative to metals, glasses and tires. Polyethylene is one of the most widely used synthetic polymers. Regarding the fact that polyethylene is remains in the environment and leads to environmental problems. adding natural polymers to polyethylene to accelerate its degradation is an important step towards solving this issue. In this regard, the use of starch as a natural, inexpensive, available, and renewable source is a good option for the production of biodegradable polymers. However, the intense hydrophobicity of starch and hydrophobic polyethylene causes incompatibility between these two materials and consequently affect adversely on their mechanical properties. The use of PE-g-MA provides some degree of adaptation between starch and polyethylene, however in order to achieve higher mechanical properties, attention has been drawn to use nanoparticles in polyethylene matrix. Therefore, starch nanoparticles are used as reinforcements to improve the mechanical properties of LDPE/TPS. Nevertheless due to the polar nature of these nanoparticles, they cannot have good dispersion in non-polar polyethylene, and the need to modify the chemical characteristics of starch crystalline nanoparticles is felt. In this study starch nanocrystals were extracted using acidic hydrolysis of waxy maize starch. Then, the nanoparticles was acetylated by Acetic Anhydride. The FE-SEM images of extracted nanoparticles showed that the nanoparticle diameter was in the range of 10 to 80 nm. The FTIR spectrum of modified nanoparticles also showed reduction of O-H groups and the addition of carbonyl groups. The results of the XRD test proved the preservation of the crystalline region of the nanoparticles after acidic hydrolysis and the reduction of crystallinity of the nanoparticles after surface modification. Also the solubility and contact angle determination tests on modified specimens, showed that the hydrophilicity of modified starch nanocrystalla were well reduced, which cause better solubility of modified nanoparticles in non-polar solvents. Finally, LDPE / TPS / SNC nanocomposite was prepared with different percentages of nanoparticles and its mechanical properties was investigated.The sample containing 3 wt% nanoparticles had the best properties in mechanical test. The water absorption test was performed on the prepared samples, which showed an increase in water absorption by increasing the percentage of nanoparticles. Finally, the biodegradability test was performed on pure polyethylene, polyethylene with starch and nano-composite with unmodified and modified nanoparticles. Samples containing starch and unmodified starch nanoparticles had faster degradation rate compare to other. At the end, it was concluded that polyethylene/starch nanocomposite containing 3%wt nanoparticles has good mechanical properties and higher degradation rate compare to pure polyethylene.

: پلاستیک ها با خواص منحصر به فرد به عنوان یک ماده سنتزی جایگزین مناسبی برای فلزات، شیشه ها و لاستیک ها هستند. پلی اتیلن یکی از پرمصرف ترین پلیمرهای سنتزی می باشد. با توجه به اینکه پلی اتیلن در برابر شرایط محیطی ساختاری مقاوم دارد و پس از استفاده تا سال های متمادی در محیط زیست باقی می ماند و منجر به معضلات و آسیب های زیست محیطی می شود، تهیه پلی اتیلن و آلیاژهای آن به نحوی که خاصیت زیست تخریب پذیری پیدا کنند، امری ضروری تلقی می شود. افزودن پلیمرهای طبیعی به پلی اتیلن به منظور تسریع تخریب آن گام مهمی در جهت رفع این مشکل است. در این راستا استفاده از نشاسته به عنوان یک ماده اولیه طبیعی، ارزان، در دسترس و دارای منابع تجدید پذیر گزینه مناسبی برای تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر است. اما آبدوستی شدید نشاسته و آبگریزی پلی اتیلن باعث ایجاد ناسازگاری بین این دو ماده و افت خواص مکانیکی آن ها می شود. استفاده از پلی اتیلن پیوند شده با مالئیک انیدرید تا حدودی بین نشاسته و پلی اتیلن سازگاری ایجاد می کند اما برای رسیدن به خواص مکانیکی بالاتر توجهات را به سمت استفاده از نانو مواد در ماتریس پلی اتیلن سبک- نشاسته گرما نرم برده است. بنابراین از نانو ذرات نشاسته به عنوان تقویت کننده جهت بهبود خواص مکانیکی آلیاژ پلی اتیلن سبک- نشاسته گرمانرم استفاده می شود. اما به دلیل قطبی بودن این نانو ذرات، پراکندگی خوبی در پلی اتیلن غیر قطبی ندارند و نیاز به اصلاح سطح شیمیایی نانو ذرات بلوری نشاسته احساس می شود. در این پژوهش با استفاده از هیدرولیز اسیدی نشاسته ذرت مومی، نانو ذرات بلوری نشاسته استخراج شد. سپس اصلاح سطح نانو ذرات توسط فرآیند استیلاسیون و با استفاده از استیک انیدرید انجام شد. تصاویر FE-SEM از نانو ذرات استخراج شده نشان داد که قطر نانو ذرات بین 10 تا 80 نانومتر می باشد. همچنین طیف FTIR از نانو ذرات اصلاح شده به خوبی کاهش گروه های O-H و افزوده شدن گروه های کربونیل را نشان داد. نتایج آزمون XRD حفظ ناحیه بلوری نانو ذرات را پس از هیدرولیز اسیدی و کاهش بلورینگی نانو ذرات پس از اصلاح سطح را نشان داد. پس از اصلاح سطح آزمون های خیس شوندگی و پراکندگی بر روی نمونه های اصلاح شده انجام شد که به خوبی کاهش گروه های آبدوست هیدروکسیل، افزایش آبگریزی نانو ذرات اصلاح شده و پخش بهتر نانو ذرات اصلاح شده در حلال های غیر قطبی را نشان می دهد. همچنین آزمون زاویه تماس از نانو کریستال ها قبل و بعد اصلاح سطح انجام شد که افزایش زاویه تماس را از 38 درجه به 23/60 درجه پس از اصلاح، نشان داد. در نهایت نانو کامپوزیت LDPE/TPS/SNC با درصد های متفاوتی از نانو ذرات آماده شد و تحت آزمون خواص مکانیکی قرار گرفت که نمونه حاوی 3% وزنی نانو ذرات، بهترین خواص را از نظر مکانیکی دارا بود. سپس نانو کامپوزیت جداگانه ای حاوی 3% وزنی نانو ذرات اصلاح شده تهیه شد. آزمون جذب آب بر روی نمونه های تهیه شده انجام شد که افزایش درصد جذب آب را با افزایش درصد نانو ذرات نشان داد. همچنین کاهش 29/42 درصدی جذب آب نمونه حاوی نانو ذرات اصلاح شده در مقایسه با نمونه حاوی نانو ذرات اصلاح نشده مشاهده شد. تصاویر SEM از کامپوزیت LDPE/TPS/PE-g-MA به صورت خام و دارای نانو ذره اصلاح شده و نمونه اصلاح نشده، پراکنش بهتر و میکروترک های کمتر نمونه اصلاح شده را در مقایسه با دو نمونه دیگر نشان داد. در نهایت آزمون زیست تخریب پذیری بر روی نمونه های پلی اتیلن سبک خام، پلی اتیلن همراه با نشاسته و نانو کامپوزیت دارای نانو ذرات اصلاح شده و حاوی نانو ذرات اصلاح نشده به صورت جداگانه بررسی شد که نمونه های حاوی نشاسته و نانو ذرات اصلاح نشده نشاسته تخریب بیشتر و سریع تری نسبت به نانو کامپوزیت دارای نانو ذرات اصلاح شده دارا هستند اما در کل نمونه دارای3% وزنی نانو ذرات اصلاح شده که خواص مکانیکی خوبی دارد، زیست تخریب پذیری سریع تری را از خود نسبت به پلی اتیلن خالص نشان داد.