بخشی از مقاله
چکیده
کامپوزیتهای نسبتا طبیعی موادی مرکب از الیاف گیاهی و پلیمرهای غیر زیستتخریبپذیر هستند که توجه قابل ملاحظهای را برای کاهش مشکلات ناشی از مدیریت ضایعات مواد پلاستیکی به خود جلب کردهاند. بنابراین با هدف تهیه مواد بستهبندی از الیاف طبیعی، سلولز به عنوان یکی از فراوانترین ترکیبات آلی روی کره زمین، از گیاه یک ساله کنف استخراج شد و با درصد وزنی از صفر تا 50 درصد با پلیاتیلن اختلاط یافت. سپس، خواص فیزیکی، مکانیکی و زیستتخریبپذیری ورقههای حاصل بررسی گردید. نتایج حاصل با خواص پلیاتیلن خالص - به عنوان شاهد - مقایسه شد و در مجموع مشخص گردید که افزودن پلیمر طبیعی به شبکه پلیمر مصنوعی، خواص آن را کاملا تحت تاثیر قرار میدهد و اگرچه خواص مکانیکی کامپوزیت طبیعی حاصل کمتر از پلیاتیلن هست، در دامنه سطح پذیرش این خواص قرار میگیرد. همچنین بررسی خواص زیستتخریبپذیری نشان داد که نمونههای دارای میزان سلولز بیشتر از تخریبپذیری بالاتری برخوردار هستند.
واژههای کلیدی: سلولز، پلیاتیلن، کامپوزیت نسبتا طبیعی، زیستتخریبپذیری
مقدمه
کامپوزیتهای دوست با طبیعت قابلیت بالقوهای به عنوان مواد جدید در قرن بیست و یکم دارند و راه حل نسبی برای خیلی از مشکلات جهانی زیست محیطی به شمار میروند. کامپوزیتهای طبیعی موادی مرکب از الیاف گیاهی و پلیمرهای غیر زیستتخریبپذیر مثل پلیاتیلن و پلیپروپیلن هستند. همه الیاف گیاهی اعم از انواع چوب و غیر چوب از مواد سلولزی تشکیل شدهاند. سلولز یکی از فراوان ترین ترکیبات آلی روی کره زمین، پلی ساکارید پیچیدهای است که از زنجیرهای بلند و غیر شاخهای واحدهای گلوکز تشکیل شده است و در دیواره سلولی گیاهان جای دارد. سلولز حاصل از دیواره های سلولی گیاهان در ساخت تعداد زیادی از محصولات از خمیر دندان و داروها گرفته تا بستهبندی استفاده میشود. در حال حاضر، اختلاط پلیمر های طبیعی مثل سلولز با پلیمرهای سنتتیک مثل پلیاتیلن توجه قابل ملاحظه ای را برای کاهش مشکلات ناشی از مدیریت ضایعات مواد پلاستیکی به خود جلب کرده است.
مواد پلاستیکی به دلیل خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی خیلی خوبی که دارند، یکی از مهمترین مواد مورد استفاده در بستهبندی مواد غذایی محسوب میشوند. اما به علت عدم زیست تخریبپذیری، مشکلاتی را ایجاد کردهاند. یکی از راه حلهای برطرف کردن این مشکلات، استفاده از کامپوزیتهای کاملا یا نسبتا زیستتخریبپذیر می باشد. به کار گیری الیاف گیاهی - طبیعی - در ترکیب ماده بستهبندی یکی از گزینههای موثر و مورد توجه در حال حاضر است. ژنگ و همکاران [1] مزایای الیاف گیاهی را در مواردی چون قیمت پایین، وزن کم، خواص مکانیکی قابل قبول، زیست تخریبپذیری و غیره میداند. در میان الیاف طبیعی، نشاسته و سلولز از جایگاه ویژهای برخوردارند. نیشینو [2] معتقد است که در تهیه کامپوزیتهای طبیعی، مواد سلولزی به دلیل دارا بودن خواص مکانیکی و حرارتی قابل توجه، اهمیت بالایی دارند.
میزان زیستتخریبپذیری کامپوزیتهای طبیعی به عوامل متعددی از جمله مقدار لیف در ترکیب، زیستتخریبپذیری هر ترکیب و کیفیت اختلاط آن ها بستگی دارد. پلاکت و وازکوئین میگوید معمولا اضافه کردن الیاف طبیعی به کامپوزیتها، تخریبپذیری آنها را افزایش میدهد .[3] از طرف دیگر، بنا به اظهارات گیلبرت و گانتارد، افزو دنیهایی مثل پلاستیسایزرها و همچنین نوع پلیمر اصلی با توجه به وزن مولکولی، ساختمان و بلوری بودن آن در زیستتخریبپذیری موثر هستند .[4]
مواد و روشها
ابتدا سلولز مطابق با استاندارد ASTM شماره D1103-60 و روش هان و روول [5] از گیاه کنف استخراج شد. سلولز حاصل با دو نوع پلیمر پلیاتیلن سبک - LDPE - و سنگین - HDPE - ، با استفاده از ماشین Thermo Haake PolyDrive مخلوط گردید. سپس مواد حاصله توسط ماشین قالبگیری به شکل ورقههای 1 و 3 میلیمتری در آمد تا آزمونهای مختلف ازجمله خواص مکانیکی و زیست تخریب پذیری آن بررسی شود. خواص مکانیکی نمونه-ها توسط Instron Machine و خواص زیستتخریبپذیری با استفاده از روش تدفین در خاک - Soil burial test - انجام گرفت.
نتایج و بحث
مقاومت کششی نمونهها در شکلهای 1 و 2 به ترتیب برای کامپوزیتهای LDPE و HDPE دیده میشود. این شکلها نشان میدهد که با افزایش میزان سلولز از صفر تا %50 وزنی در تر کیب کامپوزیتها، مقاومت کششی آنها کاهش مییابد. این یافتهها با آنچه که یانگ و همکاران [6] در مورد مقاومت کششی ترکیب پلیپروپیلن/ کاهگندم بیان کردهاند، همخوانی دارد. اما آنچه که نتیجه را قابل تامل میکند، مقایسه مقدار مقاومت کششی نمونهها با مراجع است. مطابق نوشتههای ساین و پانتاپولاکال [7]، مقاومت کششی پلیمرهای LDPE و HDPE به ترتیب حدود 4-78/6 و 14/5-38 مگاپاسکال میباشد.
بنابر این، حداقل مقدار قابل قبول مقاومت کششی برای این دو پلیمر 4 MPa - برای LDPE و 14/5 MPa برای - HDPE با خط نقطه چین در شکلهای 1و 2 نشان داده شده است. همچنین شکلهای 3 و 4 تاثیر میزان سلولز را بر زیستتخریبپذیری پلیمرهای LDPE و HDPE نشان میدهد. این نمودارها نشانگر آن است که با افزایش مقدار سلولز در ترکیب کامپوزیت، زیست تخریب پذیری نمونهها بطور قابل توجهی افزایش مییابد. این نتایج با نتایج حاصل از مطالعه اولداک و همکاران [8] همسویی دارد. آنها نشان دادند که در تدفین کامپوزیتی مرکب از پلیاتیلن و 5 تا 30 درصد سلولز در خاک، زیستتخریبپذیری ترکیبات حاوی 30 درصد سلولز بسیار قابل توجه است.
