بهينه سازي رفتار چقرمگي در نانوكامپوزيت پلي لاكتيك اسيد و نانو الياف سلولز

Optimization of toughening of Polylactic Acid Nanocomposites/ Nanofibrillated Cellulose

ويژگي هاي پلي لاكتيك اسيد مانند زيست تخريب پذيري دليل اصلي توجه كاربران به اين پليمر در زمينه توليد محصولات مختلف گرديده است. از طرفي محدوديت هاي ساختاري منجر به كند شدن سرعت رشد مصرف اين پليمر شده است. در اين ميان بهبود خواص مكانيكي و چقرمگي پلي لاكتيك اسيد از طريق رويكرد اصلاح پليمر ها با نانو الياف سلولزي اصلاح شده موفقيت اميز بوده است. در اين پژوهش به منظور بهبود سازگاري نانو الياف با ماتريس پلي لاكتيك اسيد، در مرحله ي اول سطح نانو الياف سلولزي اصلاح شد. اصلاح نانو الياف با دو روش استيله كردن با درجه ي استخلاف 0.6 و پيوند زدن پلي اتيلن گليكول روي سطح نانو الياف انجام گرفت. تغيير ساختار نانو الياف سلولزي پس از اصلاح مورد بررسي و پس از آن نانو الياف استيله شده و نانو الياف پيوند خورده با پلي اتيلن گليكول به صورت مجزا و تركيبي تا 1% وزني به ماتريس پلي لاكتيك اسيد اضافه شدند. كاهش ميزان بلورينگي الياف در اثر استيله شدن و پيوند خوردن با پلي اتيلن گليكول در نتايج ازمايش اشعه ايكس و گرماسنجي مورد بررسي قرار گرفت. اضافه كردن نانو الياف استيله شده به پلي لاكتيك اسيد باعث ريز شدن بلور ها و اضافه كردن نانو الياف پيوند خورده با پلي اتيلن گليكول باعث درشت شدن بلورهاي ماتريس پلي لاكتيك اسيد مي شوند. افزايش 7برابري چقرمگي با افت كمتر مدول و استحكام در نمونه ي حاوي هر دو نانو الياف اصلاح شده مشاهده شد.

Structure-property relation is of vital importance in developing advanced polymer nanocomposites as well as enhancing their ultimate properties. In this research study, toughening of polylactic acid (PLA) with nanofibrillated cellulose (NFC) was studied and comparison was made between thermal and mechanical properties of systems containing pristine and modified NFC. NFC was modified through two different methods; acetylation of hydroxyl groups and grafting of polyethylene glycol (PEG) onto cellulose chains. Fourier transform infrared spectroscopy , X-ray diffraction , and differential scanning calorimetry were employed to probe into the surface characteristics, thermal properties and
crystallinity of NFC/modified NFC, respectively; moreover, SEM imaging was utilized for surface
morphology of samples. Subsequently, PLA with modified and unmodified NFC was prepared to evaluate the filler addition effect on toughness. Acetylated NFC has changed the PLA crystallinity degree and rate, which affected the modulus of PLA, as signaled by the changed NFC surface. Particularly, mechanical and toughening behavior of the prepared nanocomposites were analyzed based on tensile measurements which showed an eight-fold rise in toughening along with 18% decrease in modulus of the samples comprising 1 wt.% of acetylated NFC compared to the blank PLA. In the light of the obtained results, it can be inferred that brittle PLA can be toughened by the surface modified NFC. This research study can illuminate the way for future works on the modifications of nano-scale fillers/additives to achieve improved mechanical and thermal properties of PLA.