Skip to main content
SUPERVISOR
Roohollah Bagheri,TAYEBEH BEHZAD
روح اله باقری (استاد مشاور) طیبه بهزاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hesam Ramezani
حسام رمضانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Preparation and Characterization of Bionanocomposites Based on Thermoplastic Starch Reinforced with Cellulose Nanofibers and Graphene Oxide Nanoplatelets
Nowadays, due to limited oil resources and also increasing concerns about protecting the environment, much attention has been drawn to replacing packaging films based on synthetic polymers with environmental friendly and biodegradable films. On the other hand, regarding the large costs of extracting oil, producing raw materials, film production and finally disposing the waste products of these films, it is essential to find a suitable alternative for these films which should cause less pollution and be more cost effective. In this study to answer the need for replacing synthetic polymer based packaging films, biodegradable and environmental friendly nanocomposites consisting of three parts based on thermoplastic starch, reinforced with cellulose nanofibers and graphene oxide nanoplatelets were produced and investigated. Results showed that by simultaneously using cellulose nanofibers and graphene oxide nanoplatelets, mechanical, thermal and gas barrier properties of thermoplastic starch and thermoplasticstarch/cellulose nanofibers films were significantly improved. For example the gas barrier properties of the samples consisting of 3% graphene oxide nanoplatelets were higher than commonly used polymers such as PET, PVC and PE. XRD patterns showed that nanoplatelets were successfully exfoliated and dispersed inside the matrix. Also the morphology of the samples were changed due to incorporation of graphene oxide nanolplatelets. Keywords: Packaging, Biodegradable nanocomposite, CNF, TPS, GO; Nowadays, due to limited oil resources and also increasing concerns about protecting the environment, much attention has been drawn to replacing packaging films based on synthetic polymers with environmental friendly and biodegradable films. On the other hand, regarding the large costs of extracting oil, producing raw materials, film production and finally disposing the waste products of these films, it is essential to find a suitable alternative for these films which should cause less pollution and be more cost effective. In this study to answer the need for replacing synthetic polymer based packaging films, biodegradable and environmental friendly nanocomposites consisting of three parts based on thermoplastic starch, reinforced with cellulose nanofibers and graphene oxide nanoplatelets were produced and investigated. Results showed that by simultaneously using cellulose nanofibers and graphene oxide nanoplatelets, mechanical, thermal and gas barrier properties of thermoplastic starch and thermoplasticstarch/cellulose nanofibers films were significantly improved. For example the gas barrier properties of the samples consisting of 3% graphene oxide nanoplatelets were higher than commonly used polymers such as PET, PVC and PE. XRD patterns showed that nanoplatelets were successfully exfoliated and dispersed inside the matrix. Also the morphology of the samples were changed due to incorporation of graphene oxide nanolplatelets. Keywords: Packaging, Biodegradable nanocomposite, CNF, TPS, GO;
امروزه با توجه به محدود بودن منابع نفتی و همچنین معطوف شدن توجه بیشتری نسبت به حفظ محیط زیست، توجه بسیاری به جایگزینی فیلم های بسته بندی بر پایه پلیمر های سنتزی با فیلم های زیستی تخریب پذیر و زیست سازگار جلب شده است. از سوی دیگر با توجه به هزینه های گزاف استخراج نفت، تولید مواد اولیه، تولید فیلم و در پایان دفع ضایعات فیلم های سنتزی نیاز به یافتن جایگزین مناسبی برای این فیلم ها که علاوه بر آلودگی کمتر، صرفه اقتصادی و بهره وری بیشتری را دارا باشد در سطح جهانی گسترش‌یافته است. در این پژوهش با توجه به این نیاز و مطالعات انجام‌شده، فیلم های نانوکامپوزیتی سه‌جزئی زیستی بر پایه نشاسته ترموپلاستیک، تقویت‌شده با نانوالیاف سلولز و نانوصفحات اکسید گرافن تولیدشده و موردبررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که اثر هم افزایی نانوالیاف سلولز و نانوصفحات اکسید گرافن در بهبود خواص مکانیکی بیونانوکامپوزیت ها نقش مهمی داشته است. به گونه ای که در بهترین حالت استحکام کششی از MPa 3 در حالت نشاسته ترموپلاستیک خالص، به بالاتر از MPa 13 و مدول الاستیک از MPa 32 به MPa 463 رسید که به ترتیب نشان دهنده 4.4 و 14.3 برابر بهبود در خواص هستند. همچنین خواص مقاومت در برابر عبور دهی گاز اکسیژن در نمونه دارای 3% نانوصفحات اکسید گرافن از Barrer 0.152 به Barrer 0.051 کاهش یافت و جذب رطوبت این فیلم در مدت 24 ساعت نسبت به نمونه نشاسته ترموپلاستیک به میزان 69% کاهش داشت. همچنین افزایش خواص تا جایی بود که مقادیر ضریب نفوذپذیری نمونه دارای 3% نانوصفحات اکسید گرافن در برابر گاز های اکسیژن، نیتروژن و کربن دی‌اکسید کمتر از پلیمر های متداولی همچون پلی اتیلن ترفتالات، پلی وینیل کلراید و پلی اتیلن بود. الگو های پراش اشعه ایکس بیانگر باز شدن ساختار لایه ای نانوصفحات و تک لایه شدن موفق آن ها بود. افزون بر آن تصاویر میکروسکوپ روبشی الکترونی نشان داد که با توجه به پخش مناسب و تک لایه شدن نانوصفحات درون ماتریس، ساختار مورفولوژی ماتریس تغییر یافته و حالتی لایه‌لایه در اثر وجود نانوصفحات به خود گرفته است. دیگر خواص نمونه ها مانند پایداری حرارتی و مقاومت در برابر عبور اشعه فرابنفش نیز در نمونه های دارای نانوصفحات اکسید گرافن افزایش یافته اند. کلمات کلیدی: فیلم بسته بندی؛ نانوکامپوزیت زیست تخریب پذیر؛ نانوالیاف سلولز؛ نشاسته ترموپلاستیک؛ نانوصفحات اکسید گرافن

ارتقاء امنیت وب با وف بومی