تبلور القاشده برشي نانوكامپوزيت پلي لاكتيك اسيد-گرافن

Shear-Induced Crystallization of Poly(lactic acid)/Graphene Nanocomposite

براي دستيابي به خواص بهينه محصولات، توسعه ساختاري نقش مهمي را در فرايند پليمرها ايفا مي ­كند. از ميان خواص ساختاري پليمرها، بلورينگي (در پليمرهاي نيمه ­بلوري) اهميت بسزايي دارد. در اين مطالعه، رفتار تبلور هم ­دماي نانوكامپوزيت برپايه پلي­ لاكتيك اسيد و نانوصفحه­ هاي گرافن در شرايط بدون برش و همراه با برش بررسي شد. نمونه ­هاي نانوكامپوزيتي شامل 0.5، 1، 2 و%3 وزني گرافن بوده كه در مخلوط­ كن داخلي با استفاده از روش اختلاط مذاب تهيه شدند. بررسي ساختاري و رفتار تبلور نمونه­ ها پيش و پس از اعمال جريان برشي، به روش گرماسنجي پويشي تفاضلي ارزيابي شد. در اين پژوهش، اثر شدت و مدت اعمال جريان برشي و نيز مقدار نانوصفحه­ هاي گرافن با استفاده از روش ريومتري براي مشاهده پيشرفت فرايند تبلور در دماي 135 درجه سلسيوس بررسي شد. بدين منظور، پيش ­برش ­هاي 0.1، 0.3، 0.5، 1.1 و1.8s-1 به‌مدت 60s در دماي 200 درجه سلسيوس اعمال شد. افزايش مدول ذخيره در آزمون ريومتري نشان­ دهنده تشكيل ساختار بلوري است كه با افزايش درصد ذرات نانوگرافن اين رشد سريع ­تر شد. افزون بر اين با افزايش درصد گرافن، زمان القاي تبلور نيز كاهش يافت. نتايج نشان داد، با افزايش پيش ­برش تا مقدار معيني، به ­ويژه در درصدهاي زياد نانوگرافن، رفتار تبلور پلي ­لاكتيك اسيد (ازجمله كاهش زمان القاي تبلور و درصد تبلور) بهبود مي­ يابد. همچنين مشاهده شد، با افزايش زمان پيش ­برش به 300 و 600s زمان القاي تبلور كاهش يافته است. براي تعدادي از نمونه­ هاي خروجي از ريومتر، آزمون گرماسنجي پويشي تفاضلي انجام شد. نتايج نشان داد، تحت اعمال پيش ­برش، درصد تبلور افرايش يافته است.

The method by which a polymer structure develops during polymer processing has important effects on the quality of final product. Among the structural development methods, crystallization process is of the highest interest. In this study, isothermal crystallization behavior of poly(lactic acid) (PLA) and its nanocomposites with graphene was investigated under quiescent and shear conditions. Neat PLA and its noncomposites containing 0.5, 1, 2 and 3 wt% graphene were prepared via melt mixing method in an internal mixer. Structural analysis and crystallization behavior of the nanocomposites before and after applying shear stress were investigated by differential scanning calorimetric (DSC) analyses. The effect of shear rate, shear time and concentration of nano-graphene on the progress of crystallization process was studied at 135°C using rheometic method. The preshear rates of 0.1, 0.3, 0.5, 1.1 and 1.8 s-1 were applied at temperature of 200°C for 60 s. The increase of storage modulus indicated to the formation of crystalline structure. Results showed that by increasing nano-graphene content the storage modulus was rapidly reached its ultimate value and the induction time of crystallization was decreased. The crystallization process was enhanced by applying preshear stress, particularly in high concentration of nano-graphene platelets. Increasing the shear time to 300 and 600 s, the induction time was decreased. DSC analysis results showed that degree of crystallization increased after applying preshear stress.