بخشی از مقاله
چکیده
درساله های اخیر به دلیل سرعت کم تخریب پلیمرهای پایه نفتی استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیروزیست سازگار رواج پیداکرده است.دراین پژوهش آلیاژPLA2/TPU1 به عنوان نمونه شاهدتهیه شدودرضمن تاثیرحضور نانوذرات برا خواص این آلیاژمورد بررسی قرارگرفت.دراین راستا خواصXRDبررسی شد.نتایج نشان داد که فاصله میان صفحه ای نانورس به دلیل سازگاری پلیمرها بانانورس به کاررفته افزایش پیداکرد.
مقدمه
افزایش قیمت پلیمرهای پایه نفتی ازیک سووسرعت بسیارپایین تخریب آن هادرطبیعت ازسوی دیگرباعث شده استتاامروزه ازپلیمرهای زیست تخریب پذیرافزایش یاید.عمده کاربردپلیمرهای زیست تخریب پذیربرروی حوزه پزشکی،کشاورزی وبسته بندی می باشدکه البته کاربردپزشکی به دلیل شرایط حیاتی ترومهم ترازدوحوزه دیگرپیشرفت کرده است.[1] پلی لاکتیک اسیدپلیمرترموپلاستیکی است که ازمنابع تجدیدپذیروطبیعی تولیدمی شود.این ماده فرآیندپذیری گرمایی بهتری نسبت به به سایربایوپلیمرهاازقبیل پلی هیدروکسی آلکانوآت،پلی اتیلن گلیکول وپلی کاپرولاکتون دارد.[2]پلی لاکتیک اسیددمای ذوب پایین ترودمای شیشه ای شدن بالاتری نسبت به این پلیمرها دارد.تغییرفرم کم آن،مدول الاستیک بالا وآب گریزی آن اصولا کاربردش را محدودمی کند.هم چنین استحکام پایین مذاب آن محدودیت هایی رادرحین فرآیندحالت مذاب فراهم می کند.لذا برای همین نیازبه اصلاح این پلیمراست که آلیاژکردن یکی ازراحت ترین وارزان ترین روش هاست.بهترین پلیمر برای آلیاژکردن باپلی لاتیک اسید TPUاست چون علاوه برکاهش سختی برروی بقیه خواص مانند مدول تاثیری ندارد TPU.ها شکاف موادرابا خواص میانه لاستیک ها وپلاستیک هاراپوشش می دهند.[3] گستره وسیع خواص فیزیکی و مکانیکی این اجازه را به TPU ها می دهد تا هم به عنوان یک لاستیک سخت و هم به عنوان یک ترموپلاستیک مهندسی نرم کاربرد داشته باشند. آن ها دارای انعطافپذیری در دمای پایین و در برخی از انواع دارای خواص زیست سازگاری، پایداری هیدرولیک، شفافیت نوری، تاخیراندازی شعله مناسب و خواص ضد استاتیک می باشند.کابردهای TPUدرکانترها،بیماری های ادراری ودرزگیرهااست.
درسال های اخیر نانوکامپوزیت های تقویت شده با خاک رس چه ازلحاظ صنعتی وچه لحاظ علمی پژوهشی مورد توجه قرارگرفته اند.[4]ازخاک رس برای بهبود خواص دراین کامپوزیت مورد استفاده قرار می گیرد.پلیمرهای تقویت شده باخاک رس اصلاح شده علاوه بردارابودن مزایای یادشده،نفوذپذیری کمی دربرابرآب وگازدارند.این موادافزون برمقاومت خوب دربرابرآتش وپرتوفرابنفش نیزشفافیت قابل قبولی دارند. جین پینگ 3و همکاران مطالعاتی در زمینه بررسی تاثیرTPU بر روی خواص آمیزه PLA /OMMT انجام دادند؛در این تحقیق نانوکامپوزیتPLA /TPU/ OMMT از طریق اکسترودر Novel Vaneوبا استفاده از قالب گیری فشاری،نمونه ها را برای انجام تست آماده کردند.بالاترین پراکندگی نانوذراتOMMTزمانی است که مقدارTPUکمتر از%40 باشد.نتایج بدست آمده ازWAXD نشان میدهد که فاصله لایه ها با فیلرOMMT به طور اندکی کاهش می یابد.نتایج TEM نشان میدهدکه فیلرOMMTروی سطح مشترک بین ماتریس PLA /TPUپراکندگی ایجاد می کند بنابر این،مورفولوژی PLA/TPU/OMMTبا مقدار های متفاوتTPU نشان میدهدکه ذرات PLA با TPU سازگاری دارد و ذرات TPUدر ماتریس PLAپراکنده شده اند.استحکام کششی نانو کامپوزیت باافزایشTPU به مقداراندکی کاهش می یابدودر %10TPU مدول کششی افزایش می یابد.مقاومت ضربه در 40TPU افزایش پیدا میکند واز6/71 kj/cm3 به44/6 میرسد.نتایج تستDSC وDMA سازگاری را نشان میدهدو این کهTPUخواص مکانیکی نانو کامپوزیت راافزایش میدهد.[5] ایکس جینگ4 وهائوآیانگ5 وهمکاران مطالعاتی برروی پلی لاکتیک اسیدوترموپلاست پلی یورتان انجام دادند.آنهابا استفاده از اکستروژن دوپیچه با نسبت های وزنی40/60-30/70-20/80-10/90 این کامپاندهاراتهیه کردند.مورفولوژی وخواص مکانیکی آمیزه بدست آمده را مورد بررسی قرار دادند.نتایج کشش نشان می دهدکهPLAسختی بیشتری نسبت بهTPUدارد.زمانی کهTPUبه40درصدمی زسدازدیادطول تا400درصدافزایش می یابد.تصاویرSEMنشان می دهدکهTPUبه صورت یکنواخت درماتریسPLAپراکنده شده اند.درتصاویرمشاهده می کنندکه TPUها متناسب به درصدوزنی که دارند در ماتریسPLAدرمقیاس نانومتر یا میکرومترقرارگرفته است.زمانی کهTPUبیشتراز30درصدباشدفقط حفره های کروی وجودندارداماهمچنان فازTPUبه صورت پیوسته درماتریسPLAوجوددارد.[6] در این مطالعه به بررسی خواص مورفولوژی نانوکامپوزیت بر پایه آلیاژ PLA وTPU وNano clayمی پردازد.3نمونه با ترکیب درصد 10/90و20/80و - TPU/PLA - 30/70ودرصدهای مختلف نانوخاک رس بادرصدهای4،6،2 بااکسترودردوپیچه اماده کردند. تست مورفولوژی - XRD - رابراین نمونه ها انجام دادند.
تجربی
مواداولیه:
گرانول پلی لاکتیک اسید استفاده شده در این مطالعه از شرکت سیگما آلدریج با دانسیته - g/ml - 1.24 وجرم مولکولی 87000،دمای ذوب 180درجه سانتی گراد ودمای انتقال شیشه ای 62درجه سانتی گراد است.گریدپلی لاکتک اسید ازPLA2003D است.ازگرید385E Polyurethane برای ترموپلاستیک پلی یورتان با دانسیته 3 Jin ping 4 Xin jing 5 Hao Yang - g/ml - 1.19استفاده شده است. نانوخاک رس بانام تجاری Nature works D2003ساخت شرکت Cargil Dowبادانسیته - g/ml - 1.6استفاده شد.
آماده سازی نمونه ها:
هردوپلیمرونانوخاک رس را وزن کرده ودردمای60درجه سانتی گراد به مدت 24ساعت درآون خلا می گذاریم تاهرکدام عاری از هرگونه رطوبت شود.بعد از خشک شدن نمونه ها،طبق ترکیب درصدهای گفته شده وزن می کنند وتوسط اکسترودردوپیچه اختلاط انجام می دهند.سرعت چرخنده اکسترودر70دوربردقیقه ودمای ورودی دستگاه 180درجه سانتی گراد ودمای خروجی آن 210درجه سانتی گرادتنظیم شده است.حالت ووضعیت ترکیب آزمایش در جدول 1لیست شده است. بعد از اکسترودردوپیچه برای تهیه نمونه ها با استفاده از قالبگیری فشاری پس از پایاشدن دمای صفحات پرس روی دمای 190درجه سانتی گراد قالبگیری انجام می گیرد.
توصیف
آنالیز پراش اشعه ایکس - XRD - 6 تفرق اشعه ایکس براساس الگوهای تداخلی توسط ساختارهای تکراری در نانورس آلی تولیدشده است وبرای بررسی ریزساختارووضعیت پراکنش نانورس آلی درون نانوکامپوزیتها مورداستفاده قرارگرفته است. الگوهای XRD از نانورس نشان دهندهی آرایشبندی منظم - ترتیبی - از لایه های سیلیکات می باشد. نفوذزنجیرههای پلیمری درون لایههای رس منجربه افزایش فاصلهی بین لایه هاوشیفت پیدا کردن پیک به زوایای پایینتر شد. شیفت پیدا کردن بیشتر به زاویههای پایینتر و پهن شدن و یا ناپدید شدن پیک ها نشان از لایهای شدن جزیی یا کامل ساختاررس میباشد. باتوجه به محل زاویه ای که پیک درآن واقع شده و معادله براگ7 فاصله بین لایه ها - d - در رس را میتوان مشخص کرد. d= / - 2 VLQ - طول موج X-ray، d فاصله بین صفحات زاویه تفرق و زاویه تفرق میباشد. آزمون پراش پرتوX نشان دهنده افزایش فاصله بین صفحات خاک رس، مقدار بین لایهای شدن وورقهای شدن درنمونههای نانوکامپوزیتها، نحوه پراکنش نانوذرات خاک رس در بسترپلیمری وشکل شناسی بین لایهای است. این آزمون برپایه تابش پرتوX به نمونه و بررسی نحوه پراش پس از برخوردبانمونه استواراست. هرچه فاصله بلورهاازهم بیشترباشد، مقدارپراش پرتوکمتراست و پیک موجوددرالگویXRD باشدت کمتری ظاهرمی شود. فاصله
