نانوكامپوزيت زيست‌پلاستيك بر پايه پلي‌بوتيلن سوكسينات آديپات - سلولوزنانوبلوري اصلاح‌شده با آمينوسيلان: خواص ساختاري، گرمايي و فيزيكي

Bioplastic Nanocomposites Based on Polybutylene Succinate Adipate (PBSA)/Aminosilane Modified Nonocrystalline Cellulose: Structural, Thermal and Physical Properties

سلولوز نانوبلوري به‌دليل زيست‌تخريب‌پذيري، تجديدپذيري و خواص مكانيكي عالي به‌عنوان پركننده در زيست‌پلاسيتك‌ها بسيار مورد توجه‌ است. پراكنش خوب سلولوز نانوبلوري عامل اساسي در تعيين خواص افزايش‌يافته نانوكامپوزيت‌هاي زيست‌پلاستيك سلولوز نانوبلوري است. از طرفي، اصلاح سطح سلولوز نانوبلوري با استفاده از آمينوسيلان‌ها مي‌تواند پراكنش آن را در ماتريس پليمري بهبود بخشد. روش‌ها: سطح سلولوز نانوبلوري با تركيب سيلاني N-(2-آمينواتيل)-3-آمينوپروپيل‌تري‌متوكسي‌سيلان، به‌منظور بهبود ميل تركيبي آن به پلي‌‌بوتيلن سوكسينات آديپات اصلاح‌ شد. نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي پلي‌بوتيلن‌ سوكسينات آديپات (PBSA) داراي مقادير مختلف 0، 0.1 0.3، 0.5، 1 و 2phr سلولوز نانوبلوري اصلاح‌شده با روش اختلاط محلولي تهيه شدند. خواص ساختاري، گرمايي و فيزيكي نمونه‌هاي تهيه‌شده با آزمون‌هاي طيف‌سنجي زيرقرمز تبديل فوريه (FTIR)، ميكروسكوپي الكتروني پويشي (SEM)، گرماوزن‌سنجي (TGA)، گرماسنجي پويشي تفاضلي (DSC) و جذب آب شناسايي شد. يافته‌ها: اصلاح شيمايي سطح سلولوز نانوبلوري با آزمون‌هاي FTIR ،TGA و EDX، تأييد شد. اندازه‌گيري‌هاي گران‌روكشساني خطي نشان داد، واردكردن سلولوز نانوبلوري در PBSA به رفتار غيرپاياني و افزايش گران‌رَوي در محدوده بسامدهاي كم منجر شد كه در بارگذاري‌هاي زياد سلولوز نانوبلوري مشخص مي‌شود. افزايش تمايل نانوذره اصلاح‌شده به PBSA به ايجاد برهم‌كنش‌هاي هيدروديناميكي بين پركننده-ماتريس و تشكيل ساختار سه‌بعدي در ماتريس پليمر منجر شد. عكس‌هاي SEM، پراكنش خوب نانوذره اصلاح‌شده را در ماتريس پليمر نشان داد. نتايج TGA نشان داد، پايداري گرمايي PBSA با سلولوز نانوبلوري اصلاح‌شده با سيلان افزايش يافت. اين را مي‌توان به برهم‌كنش ايجا‌دشده بين اجزاي نانوكامپوزيت نسبت داد كه به انرژي بيشتر براي تخريب گرمايي نياز دارند. نتايج DSC نيز نشان داد، وجود نانوبلورهاي سلولوزي به افزايش دماي بلورش در پلي‌بوتيلن سوكسينات داراي نانوذرات اصلاح‌شده منجر مي‌شود. جذب آب در نمونه‌ها با زمان، تا رسيدن به حد تعادلي، افزايش يافت. افزايش مقدار نانوذره در ماتريس پليمر باعث افزايش جذب آب شد.

Hypothesis: Nanocrystalline cellulose (NCC) has received much attention to be used as nanofiller in bioplastics due to its biodegradability, renewability and fantastic mechanical properties. The well distribution of NCC is a key factor in determining the enhanced properties of bioplastics/NCC nanocomposites. Surface modification of NCC using aminosilanes can improve its dispersion in a polymer matrix. Methods: N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane was used for surface modification of nanocrystalline cellulose (NCC) to improve its affinity to polybutylene succinate adipate (PBSA). PBSA-based nanocomposites, containing 0, 0.1, 0.3, 0.5, 1 and 2 phr modified, NCC were prepared by solution mixing. The structural, thermal and physical properties of the prepared samples were characterized using FTIR, RMS, SEM, TGA, DSC and water absorption techniques. Findings: The chemical modification of NCC was confirmed by FTIR, TGA and EDX. Linear viscoelastic measurements show that the incorporation of NCC in PBSA resulted in a non-terminal behavior and viscosity up-turn in the low frequency range, which are pronounced in high loadings of NCCs. The enhanced affinity of NCC toward PBSA, obtained by surface modification, resulted in hydrodynamic interactions between them, leading to the formation of a 3D network structure in the matrix. The SEM results showed well distribution of modified NCC in the PBSA matrix. The TGA results showed that the thermal stability of PBSA increases in the presence of silane-modified NCC. This can be attributed to the interactions formed between the components of nanocomposite, needing higher energy for thermal degradation. Study on DCS results indicated that the crystallization temperature of the nanocomposites containing modified NCC increases as a consequence of well distributed modified NCC. The water absorption results demonstrated that the water uptake of the samples containing modified NCC increases as compared to virgin PBSA...