بخشی از مقاله
خلاصه
پلیمرها و پلاستیکهای مصنوعی که امروزه تولید میشود، به علت ساختار شیمیایی و مولکولی به کندی در طبیعت تجزیه میشوند. یکی از این پلیمرها که امروزه کاربرد و مصرف زیادی در صنایع دارد پلی اتیلن ترفتالات میباشد که در اینجا مورد بررسی قرار گرفته است. پلی اتیلن ترفتالات به تنهایی زیستتخریبپذیر نمیباشد و جهت تجزیه زیستی میبایست با عواملی که خاصیت زیستتخریبپذیر دارند، مانند نشاسته، مخلوط شود. در این پژوهش، زیستتخریبپذیری آمیزههای پلیمری تهیه شده از پلی اتیلن ترفتالات و نشاسته مورد مطالعه قرار گرفت. فرایند آلیاژسازی دو پلیمر در مخلوطکن داخلی در ترکیب درصدها و شرایط فرایندی گوناگون انجام شد. سپس زیستتخریبپذیری نمونهها بر حسب درصد کاهش وزنی بررسی شد. به منظور تحلیل نتایج آماری آزمایشات از روش آماری پاسخ رویه سطح استفاده شده است و مدلسازی رفتار تخریب با نرمافزار انجام گرفت. آزمون زیستتخریبپذیری تا صد روز مورد بررسی قرار گرفت. تخریب نمونه پلیاتیلنترفتالات خالص، در مقایسه با نمونه های حاوی نشاسته، بسیار ناچیز بود. با افزایش درصد نشاسته مالئیکه شده و زمان اختلاط زیستتخریبپذیری بهبود یافت. نمودارهای صفحه ای سه بعدی ترسیم شد و برهم کنش پارامترها مشاهده و تحلیل شد. رابطه ریاضی میزان تخریب بر حسب متغیرها به دست آمد، که مجذور ضریب تعیین بالا و میزان خطای بسیار پایین داشت که میتوان گفت روش طراحی آنالیز رویه سطح عملکرد مطلوبی نشان داد. همچنین، نتایج آزمایشگاهی و نتایج حاصل از پیشبینی توسط مدل با هم مقایسه شدند که تطبیق بسیار خوبی داشتند.
کلمات کلیدی: زیست تخریب پذیری - آلیاژ پلیمری- طراحی آزمایش- آنالیز رویه سطح
.1 مقدمه
امروزه زباله های حاصل از پلیمرهای سنتزی و آلودگی زیست محیطی فراوان آنها باعث شده تا توجه زیاد پژوهشگران را به خود اختصاص دهد. به تازگی مطالعات گستردهای برای تهیه آمیزههای پلیمری حاوی مقادیر متنوعی از نشاسته به منظور جایگزینی آنها با پلاستیکها، به ویژه در صنایع بسته بندی، انجام شده است . .[1] یکی از این پلیمرهای سنتزی پلی اتیلن ترفتالات - PET - 1 است که کاربردهای زیادی دارد و مصرف زیاد آنها باعث میشود سالانه حجم زیادی ضایعات آن تولید شود که بازیافت آن با مشکلات متعددی رو ب2 روست .[2] یکی از روشهای زیستتخریب پذیر کردن پلیمرها، مخلوط کردن آنها با پلیمرهایی میباشد که ذاتاً زیستی و زیستتخریبپذیر هستند، که مهمترین آنها نشاسته میباشد 3] و .[4 پلیمرهای ذاتا زیستی، اساسا زیست تخریب پذیری مناسبی دارند .[5] زمانی که آمیخته-های پلیمری حاوی نشاسته در معرض خاک قرار میگیرند، ترکیبات نشاسته به عنوان جزء تجزیه پذیر، به سادگی به وسیله میکروارگانیسم ها تجزیه شده و منجر به افزایش خلل و فرج در آمیخته ها میشوند.
از اینرو، مقاومت ماتریس پلاستیکی هم کم شده و به تدریج به ذرات کوچکتر شکسته میشود 6] و .[7 برای بهبود جریانپذیری نشاسته در دستگاههای فرایند،معمولاً آن را با نرمکنندهای مانند گلیسرول ترکیب میکنند. ماده حاصل به نشاسته گرمانرم موسوم است که جریانپذیری مناسبی در فرایند دارد . [8] از طرفی، دغدغه دیگر، استفاده از گروههای دارای قابلیت سازگارکنندگی است که قابلیت تشکیل پیوندها بین نشاسته و پلیمر دیگر مانند پلی اتیلن ترفتالات را دارند. دیدگاه دیگر برای افزایش سازگاری در آمیختهسازی نشاسته با سایر پلیمرها، اصلاح شیمیایی آن است. واکنش مالئیکانیدرید با گروه-های هیدروکسیل نشاسته سبب ایجاد استخلافهای گروه اسیدی و کربونیل روی نشاسته میگردد که امکان سازگاری را ایجاد مینماید .[9] این نشاسته را نشاسته ترموپلاستیک مالئیکه شده - MTPS - نام داده اند.
روش سطح پاسخ - RSM - 2 برای بهینه سازی شرایط واکنش استفاده شده است. RSM روش آماری موثر برای بررسی فرآیندهای پیچیده است و مزیت اصلی آن در کاهش تعداد آزمایشهای انجام شده میباشد که ملزم به ارائه اطلاعات کافی و نتایج قابل قبول آماری است. روش طراحی آزمایش RSM به منظور کاهش تعداد آزمایشات و دستیابی به یک رابطه کمی بین خواص آلیاژ و متغیرهای ترکیب درصد، مقدار سازگارکننده و شرایط فرآیندی و ایجاد قابلیت مدلسازی برای خواص، مورد استفاده قرار میگیرد و پاسخ به صورت یک رویه یک پارچه ارائه میگردد. در این حالت اغلب از یک چند جملهای درجه اول یا دوم برای مدل کردن پاسخ استفاده میشود که مدلهای مرتبه اول و دوم حالت رایج آن است .[10]
در این پروژه از طرح Box-Behnken استفاده میشود که صورت هندسی این طرح برای سه متغیر در شکل - 1 - آورده شده است. شایان ذکر است که در روش Box-Behnken هیچ نقطهای در رئوس مکعبی که بوسیله کرانهای بالا و پایین هر متغیر ایجاد میشود وجود ندارد و این موضوع برخلاف دیگر طرحهای روش رویه پاسخ هیچ نقطهای خارج از محدوده تعیین شده قرار نمیگیرد که یکی از مهمترین مزیتهای این طرح است. از مزایای دیگر این طرح میتوان به دورانپذیر بودن آن اشاره کرد و آن به این معنی است که همه نقاط موجود در طراحی آزمایش دارای فاصله یکسانی از نقطه مرکزی بوده و این موضوع باعث یکسان بودن تغییرات خطا در همه نقاط میباشد. در صورت سه متغیره نقطه مرکزی که یک عدد است، سه بار تکرار میشود و تعداد آزمایشات برابر 15خواهد بود. در این تحقیق، اثر شرایط تهیه و ترکیب درصد بر تخریب زیستی آمیزه پلی اتیلن ترفتالات/ نشاسته ترموپلاستیک مالئیکه مدل شده است. متغیرها شامل ترکیب درصدها، سرعت و زمان اختلاط نمونه ها بوده و پاسخ مورد بررسی، زیست تخریبپذیری آمیختههای تهیه شده بوده است.
.2 بخش تجربی
-1-2 مواد و دستگاه ها
دستگاه مخلوطکن داخلی مورد استفاده برای تهیه نشاسته گرمانرم، و همچنین فرایند آلیاژسازی، از شرکت Haake با نام تجاریSYS 90 HIB ساخت کشور آمریکا بوده که حجم مفید آن 70cm3 میباشد. گرمایش این دستگاه از دو روش المان حرارتی و چرخش روغن انجام میشود. مواد به کار برده شده در تهیه آلیاژها، در جدول - 1 - آورده شده است. دستگاه قالب گیری فشاری مورد استفاده در این پروژه از مدل mini test press، ساخت شرکت Toyoseiki کشور ژاپن بوده است. این دستگاه تا فشار 30MPa و دمای 400 C قابل استفاده میباشد. سیستم گرمایش المان حرارتی ارسال نمایند. بوده و سرمایش به وسیله آب سرد انجام میشود. سطح کفههای دستگاه 25 × 25 cm 2 بوده و جابجایی کفه بالایی - صفحه متحرک - و اعمال فشار توسط اهرم هیدرولیک انجام میشود. دستگاه پرس گرم جهت تهیه ورقه ها با ضخامت 2 mm از آمیزهها استفاده میشود.
