بررسي زيست تخريب پذيري فيلم هاي پلي اتيلن سبك- نشاسته اصلاح شده- عبدالحسين نزله پور؛ همت اله شيخ رباطي-مرکز مهندسی عطران

0

در اين پژوهش، مورفولوژي، خواص حرارتي، خواص کششي، جذب آب و زيست تخريب پذيري آلياژهاي پلي اتيلن    سبک نشاسته گرمانرم (TPS) بررسي شده است. بدين منظور، نمونه­هايي حاوي مقادير مختلف (صفر تا 30% وزني) از TPS و 5% وزني     LDPE-g-MA به عنوان سازگارکننده، با استفاده از اکسترودر دومارپيچه تهيه شدند و سپس با استفاده از اکسترودر فيلم دمشي به  فيلم­هايي با ضخامت مشخص تبديل شدند. اندازه­ گيري خواص کششي و جذب آب همه نمونه­ها با استفاده از روش­هاي استاندارد انجام گرفت.

تصاوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) نمونه­ها جهت بهبود پراکندگي ذرات نشاسته در ماتريس پلي اتيلن در حضور PE-g-MA را نشان مي دهد. با اين وجود، با افزايش مقدار TPS از 10 به 20 و سپس 30% وزني، اندازه ذرات نشاسته در ماتريس LDPE افزايش پيدا کرده که نشان دهنده بهم آميختگي ذرات نشاسته است. خواص کششي از قبيل استحکام کششي نهايي، ازدياد طول در نقطه شکست و مدول کششي فيلم­ها نيز براي پايش خواص مكانيكي آميزه گرفته شده است.

علاوه بر اين، نتايج بدست آمده در اين پژوهش نشان داد که به دليل قطبي بودن نشاسته، با افزايش مقدار TPS جذب آب نمونه­ها افزايش پيدا کرده است. همچنين، زيست تخريب پذير بودن نشاسته باعث افزايش درصد کاهش وزن فيلم ها با افزايش مقدار TPS و پس از دفن کردن آنها در خاک شده است كه در ادامه به آن ها پرداخته مي شود. مورفولوژی

 كلمات كليدي: زيست تخريب پذيري, پلي اتيلن سبك, نشاسته اصلاح شده, مالئيك انيدريد

1-مقدمه

پليمرهاي سنتزي از سال 1940 مورد توجه بسياري واقع شده­اند و صنايع مختلف به وسيله پليمرهاي بر پايه مشتقات نفتي مانند پلي اتيلن (PE)، پلي پروپيلن (PP)، پلي استايرن (PS)، پلي (اتيلن ترفتالات) (PET)، پلي (وينيل کلرايد)  و غيره دگرگون شده. تنوع پلاستيک­ها اين امکان را مي­دهد که در کاربردهاي مختلفي از اجزاي ساده، براي مثال کيسه­هاي پلاستيکي و بطري­ها گرفته تا در ساخت قطعات ماشين­، قطعات کامپيوتر، تجهيزات الکترونيکي و موارد ديگر به کار روند. مورفولوژی

همچنين در کاربردهايي مانند حمل و نقل، بسته­بندي، ساختمان، لوازم پزشکي، کشاورزي و ارتباطات مفيد واقع شده­اند. علت آن، قابليت بي نظير فرآورش و تأمين خواص مورد نياز آنهاست. کاربردهاي مختلف پلاستيک­ها را نشان مي­دهد.توليد جهاني پلاستيک­ها سالانه بيش از 78 ميليون تن است و تقريباً نيمي از آن پس از مدت زمان کوتاهي استفاده دور ريخته    مي­شوند و بيش از 30 سال در طبيعت باقي مي­مانند. براي مثال، کاربردهاي زياد پلاستيک­ها در صنعت بسته­بندي و عمر طولاني مدت آنها مي­تواند به مشکلات زيست محيطي جدي منجر شود. مورفولوژی

پلاستيک­هاي بر پايه محصولات پتروشيمي مانند پلي اولفين­ها، پلي استرها و پلي آميدها به دليل در دسترس بودن آنها در مقادير زياد، قيمت کم و ويژگي­هاي عملکرد مطلوب از قبيل استحکام کششي و پاره­گي خوب، مانع بودن در برابر اکسيژن و ترکيبات آلي و قابليت درزبندي حرارتي، به طور   فزاينده­اي به عنوان پلاستيک­هاي بسته­بندي به کار رفته­اند. اکثر مواد بسته­بندي پلاستيکي سبک براي کاربردهاي يکبار مصرف مورد استفاده قرار گرفته­اند. زماني که عمر اين مواد به پايان مي­رسد دور ريخته مي­شوند. اين مواد در حضور ميکروب­ها با دوام و خنثي بوده و بنابراين به دوام طولاني مدت آنها در طبيعت منجر مي­شود. مورفولوژی

با وجود اينکه اين پلاستيک­ها از مواد نفتي ساخته شده­اند اما به آساني زيست تخريب پذير نيستند. پلاستيک­هاي سنتزي مانند پلي اتيلن و پلي پروپيلن نرخ عبور بخار آب بسيار کمي دارند، به طوريکه کاملاً زيست تخريب ناپذير هستند و بنابراين به آلودگي محيطي منجر مي­گردند که مشکلات زيست محيطي جدي را در پي خواهد داشت. پلي­اولفين­ها در محيط به وسيله ميکروارگانيسم ها تخريب نمي­شوند که به عمر طولاني مدت آنها در محيط زيست کمک مي­کند. از اين رو، توجه بسياري در افزايش زيست تخريب پذيري پلاستيک­هاي سنتزي از آلياژ کردن آنها با پليمرهاي طبيعي ارزان قيمت به وجود آمده است. مورفولوژی

پلاستيک­هاي زيست تخريب پذير به عنوان موادي با خواص مشابه پلاستيک­هاي معمولي شناخته شده­ اند اما پس از دفع از محيط به وسيله فعاليت ميکروارگانيسمها تجزيه مي­گردند، CO2 و H2O توليد مي­کنند.پلاستيک­هاي زيست تخريب پذير موقعيت­هايي براي کاهش ضايعات جامد شهري از طريق بازيافت زيستي به محيط زيست را فراهم کرده و مي­تواند جايگزين محصولات پلاستيکي سنتزي معمولي گردند. مورفولوژی به علاوه بهتراست که اين پليمرهاي زيست تخريب پذير براي حفظ محيط زيست در ابتدا از محصولات کشاورزي يا منابع تجديدپذيرديگر بدست آيند.

بسياري از مواد سنتزي مانند پلي اولفين­ها به وسيله ميکروارگانيسم­ها در محيط تخريب نمي­شوند که به طول عمر چند ساله آنهاکمک مي­شود. زيست تخريب پذيري زماني رخ مي­دهد که ميکروارگانيسم­هايي مانند باکتري و قارچ، پليمر را در يک محيط هوازي و غيرهوازي تخريب کرده، کربن دي­اکسيد، متان و محصولات طبيعي ديگر از فرآيند تخريب بدست آيد. مورفولوژی بنابراين، زيست تخريب پذيري مي­تواند به صورت تبديل اجزاي يک پليمر به کربن دي اکسيد/ متان، اجزاي سلولي ميکروبي و محصولات جانبي گوناگون به وسيله ميکروارگانيسم­ها بيان شود. ميکروارگانيسم­ها زنجيرهاي پليمري را مي­شکنند و از روش­هاي مختلفي اين مواد را مصرف    مي­کنند.

پلي اتيلن (PE) يکي از پليمرهاي زيست تخريب ناپذير پرمصرف است و انواع مختلف آن به طور گسترده­اي در بسياري از زمينه­ها مانند کشاورزي و فيلم­هاي بسته­بندي مورد استفاده قرار گرفته­اند. از ميان آنها، LDPE در صنايع بسته­بندي به طور گسترده­اي مورد استفاده قرار گرفته است. پليمرهاي زيست تخريب پذير در مقايسه با پليمرهاي غير زيست تخريب پذير به طور قابل توجهي گرانتر هستند. راهکارهاي جديد براي توليد و فرآورش پليمر سنتزي با پليمر طبيعي، جايگزين­هاي مفيدي براي کاهش قيمت پليمرهاي زيست تخريب پذير در بازار هستند.

آلياژ کردن پلي اتيلن سبک با يک پليمر طبيعي مانند نشاسته، حمله ميکروارگانيسم­ها به LDPE را تسريع خواهد کرد. بنابراين، نشاسته انتخاب خوبي است، زيرا ماده­اي ارزان قيمت و فراوان در بازار است بنابراين، قيمت توليد پليمر زيست تخريب پذير کاهش خواهد يافت. بررسي پلاستيک­هاي زيست تخريب پذير بر پايه نشاسته از سال 1970 توسط گريفين آغاز شده و تا به امروز در آزمايشگاه­هاي سراسر جهان ادامه دارد. نشاسته، پايداري گرمايي مناسب با حداقل تداخل درخواص فرآيندي مذاب و کاهش کمي در کيفيت محصول را فراهم مي­کند. به دليل زيست تخريب پذيري، در دسترس بودن و قيمت کم به عنوان انتخابي مناسب در کاربردهاي مشخص مورد توجه قرار گرفته است.

خواص فيزيکي بسيار خوب پلي اولفين­ها نيز باعث شده به عنوان مواد بسته­بندي و فيلم بسيار مفيد باشند. بنابراين، پلي اتيلن (PE) آلياژ شده با نشاسته، انتخاب بالقوه­اي براي جايگزين شدن با گرمانرم­هاي غير زيست تخريب پذير در کاربردهاي بسته­بندي است.در اين پروژه از پلي اتيلن سبک LH0075 با وزن مولکولي بالا و نوع فيلم، محصول پتروشيمي بندر امام استفاده شده است. نشاسته استفاده شده در اين پژوهش، نشاسته ذرت تجاري اصلاح نشده، محصول شرکت گلوکزان قزوين است که دانسيته آن g/cm3 5/1 و متوسط اندازه ذرات آن  μ m25-15 مي­باشد.

اين نوع نشاسته تقريباً حاوي 30% آميلوپکتين و 70% آميلوز است و مقدار رطوبت آن 12%  مي­باشد.گليسيرول (گليسيرين،C3H8O3) به عنوان نرم کننده براي تهيه نشاسته گرمانرم، از شرکت مواد شيميايي هانزا آلمان تأمين شده است. دانسيته آن g/cm32/1 مي­باشد مالئيک انيدريد پيوند خورده بر روي پلي اتيلن سبک (LDPE-g-MA) به عنوان سازگارکننده از شرکت کيميا بسپار آسيا تهيه شده است. مقدار مالئيک انيدريد در سازگارکننده، 2% وزني مي­باشد.

2-دستگاه هاي آماده سازي و تهيه نمونه:

از اکسترودر دو مارپيچه مدل KETSE 20\40 D ساخت کشور آلمان با نسبت طول به قطر 40 به 20 براي تهيه TPS  و آلياژهاي LDPE/TPS استفاده شد. اکسترودر مجهز به 6 ناحيه حرارتي است و مارپيچ­هاي آن به صورت هم محور مي­چرخند و با ايجاد برش بالا مخلوط يکنواختي بدست مي­آورند. اين اکسترودر در دانشگاه اميركبير ايران موجود مي­باشد. پس از تهيه آلياژها، فيلم­هايي با ضخامت مشخص با استفاده از اکسترودر تک مارپيچه فيلم دمشي BRABENDER (آلمان) تهيه شده­اند. نسبت طول به قطر (L/D) اکسترودر برابر با 10 بوده و مجهز به 5 ناحيه حرارتي است. در فرآيند اکستروژن دمشي، فيلم تهيه شده در دو جهت ماشين (MD) و جهت عرضي (TD) آرايش يافتگي و خواص متفاوتي دارد.

3-تهيه نشاسته گرمانرم:

قبل از تهيه نشاسته گرمانرم نشاسته ذرت خالص در دماي oC80 به مدت 24 ساعت در آون خلأ خشک شده تا رطوبت آن کاهش يابد. نشاسته گرمانرم از پيش اختلاط نشاسته ذرت با 30% گليسيرول در دماي اتاق بدست آمد. مخلوط تهيه شده به مدت 24 ساعت باقي ­ماند تا گرانول­هاي نشاسته متورم شوند. گرانول­هاي متورم شده سپس با استفاده از يک اکسترودر دومارپيچه چرخشي همسوگرد در محدوده دمايي oC140-110 و سرعت چرخش rpm70 به صورت مذاب مخلوط شدند که از اين پس TPS ناميده مي­شود. نتايج تحقيقات قبلي نشان داد که افزودن 30 تا 35% گليسيرول براي نرم کردن نشاسته موثر بوده است. در اين پژوهش از 30% گليسيرول استفاده شده است.

3-1-تهيه آلياژهاي LDPE/TPS

آلياژهايي از LDPE و نسبت­هاي مختلف 10، 20 و 30% از TPS در اکسترودر دو مارپيچه به صورت مذاب تهيه شدند. سرعت مارپيچ اکسترودر 70 دور بر دقيقه و محدوده دمايي در طول محفظه اکسترودر به صورت oC170-130 (از ناحيه تغذيه تا قالب) تنظيم شد. براي همه نمونه­ها، مقدار5% وزني LDPE-g-MA بر اساس وزن کل آلياژ مورد استفاده قرار گرفت. آلياژهاي تهيه شده سپس در حمام آب سرد شدند و به صورت دانه­هاي ريز خرد شدند.

براي اندازه گيري خواص کششي و زيست تخريب پذيري آلياژهاي تهيه شده، از همه آنها فيلم­هايي به ضخامت µm65 با استفاده از يک اکسترودر تک مارپيچه فيلم دمشي Brabender ساخت کشور آلمان و نسبت L/D برابر با10(موجود در دانشكاه اميركبير ايران) در محدوده دمايي oC170-140، سرعت چرخش rpm 40 تهيه شده است. فرمولاسيون نمونه­هاي مختلف در جدول (1) آورده شده است.

جدول 1- فرمولاسيون­هاي مختلف آلياژهاي LDPE/TPS.

کد

نمونه­ها

LDPE

(درصد وزني)

نشاسته گرمانرم

(درصد وزني)

PE-g-MA

(درصد وزني)

BF0
100
BF10 85 10 5
BF20 75 20 5
BF30 65 30 5

3-2-طيف­هاي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR)

براي مشخص کردن ساختار شيميايي آلياژ­هاي LDPE/TPS، از يک نمونه انتخابي و نمونه LDPE-g-MA خالص طيف FTIR گرفته شد. براي اينکار فيلم تهيه شده از اين نمونه ها تحت اشعه مادون قرمز قرار گرفت و و طيف­هايي در محدوده 4000 تا 400 برسانتيمتر نمايان گرديد. براي تهيه طيف زير قرمز يک ماده دو راه وجود دارد: بازتاب نور از سطح نمونه و عبور نور از نمونه شفاف و نيمه شفاف. طيف­هاي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR) مربوط به سازگار­کنند  PE-g-MA و نمونه انتخابي BF10 را نشان مي­دهد. همانطور که از شکل مشخص است، در طيف مربوط به سازگار­کننده دو پيک در اعداد موجي 1716 و cm-11790 ظاهر شده که به ترتيب متعلق به گروه­هاي متقارن و نامتقارن مالئيک انيدريد هستند. مورفولوژی

اين پيک در نمونه BF10 تقريباً حذف شده و به جاي آن يک پيک گروه استري در عدد موجي cm-1 1150 تشکيل شده است. وجود اين پيک در نمونه انتخابي، برهمکنش شيميايي بين گروه­هاي MA در PE-g-MA و گروه­هاي هيدروکسيل TPS را تأييد مي­کند. اين نتيجه نشان مي­دهد که وجود PE-g-MA براي ايجاد سازگاري بين LDPE و TPS موثر بوده است. بايستي بيان شود که موقعيت اين پيک در نتيجه رزونانس بين گروه کربونيل و الکترون­هاي جفت­نشده بر روي اتم اکسيژن نشاسته است که باعث مي­شود پيک گروه استري در اعداد موجي کمتر ظاهر شود. مورفولوژی

علاوه بر اين، در نمونه انتخابي، پيک –OH کششي پهن­تري در ناحيه 3100 تا cm-1 3600 ظاهر شده است که به دليل تشکيل پيوند هيدروژني بين گروه­هاي هيدروکسيل نشاسته و گليسيرول است.در فرآيند تهيه TPS، دما و نرخ برشي بالاي اعمال شده در اکسترودر دوماريپچه باعث مي­شود ساختار نيمه­بلوري نشاسته خالص تخريب شده و يک توده نسبتاً بي شکل تشکيل شود. فرآيندپذيري نشاسته و خواص فيزيکي بدست آمده براي TPS، به ميزان تغييرات ساختاري نشاسته بستگي دارد. در فرآيند تهيه TPS، در اثر افزودن گليسيرول پيوندهاي هيدروژني درون و بين­مولکولي نشاسته خالص شکسته شده و پيوندهاي هيدروژني بين­مولکولي جديد مابين نشاسته و گليسيرول تشکيل       مي­گردد  که اين مسئله معمولاً با پهن شدن پيک FTIR ظاهر شده در ناحيه  cm13600-3100  قابل تأييد است.

شكل 1- طيف FTIR آميزه PE-gr-MA

3-3-مورفولوژي : ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)

به منظور بررسي ريزساختار آلياژهاي تهيه شده، از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) شرکت   SERON TECHENOLOGIES مدل AIS2100  (ساخت كشور كره جنوبي) استفاده شده است. قبل از آزمون، ابتدا نمونه­ها در نيتروژن مايع شکسته شده و سپس با استفاده از محلول  N HCl6  به مدت حداقل 48 ساعت اچ کردن نمونه­ها در دماي اتاق انجام گرفته تا فاز نشاسته خارج شود. پس از آن نمونه­هاي اچ­شده با آب شسته شده و در آون به مدت 24 ساعت خشک شده­اند. جهت تهيه تصاوير، ابتدا نمونه­ ها با لايه نازکي از طلا پوشش داده شده تا از تخليه بار و وضوح تصوير ضعيف در حين  تصوير­برداري جلوگيري شود. مورفولوژی

سپس تحت ولتاژ معين و در بزرگنمايي­هاي مختلف از نمونه‌ها عكس­برداري شده است. همانطور که در اين شکل مشاهده مي­شود، همه آلياژها يک ساختار دوفازي نشان مي­دهند. در اين تصاوير، فاز نشاسته به دليل اچ شدن به صورت حفره­هاي توخالي کروي شکل مشاهده مي­شود. مشخص است که در مورد همه آلياژها، ذرات نشاسته پراکنش نسبتاً خوبي در ماتريس LDPE دارند. در اين آلياژها، حضور سازگار­کننده PE-g-MA تأثير مثبت و مهمي بر اندازه ذرات نشاسته و توزيع آنها داشته است. مورفولوژی

در واقع، برهمکنش شيميايي بين گروه­هاي مالئيک انيدريد موجود در PE-g-MA با گروه­هاي هيدروکسيل نشاسته و يا گليسيرول (که در طيف FTIR نيز نشان داده شد) منجر به تشکيل فاز بين­سطحي شده که در نتيجه تنش بين­سطحي را کاهش داده و باعث کوچکتر شدن ذرات فاز پراکنده و پراکنش بهتر آنها در ماتريس LDPE شده است. با اين وجود، با افزايش مقدار TPS در آلياژها اندازه ذرات نشاسته افزايش يافته است. افزايش اندازه ذرات نشاسته با افزايش مقدار آن در آلياژهاي تهيه شده در اين پژوهش، نشان دهنده  بهم­آميختگي ذرات نشاسته است. مورفولوژی

شكل 2- عكس SEM از آميزه پلي اتيلن سبك و نشاسته

3-4-آزمون کالريمتر ديفرانسيلي روبشي (DSC):

رفتار حرارتي (تبلور و ذوب) آلياژهاي  تهيه شده با استفاده از کالريمتر ديفرانسيلي روبشي در اتمسفر نيتروژن و با نرخ جريان mL/min 50 انجام شده است. در اين آزمون، mg 7 از هر نمونه در يک ظرف آلومينيومي درز­بندي شده از دماي oC 25 تا oC190 با سرعت گرم کردن oC/min 10 گرم شده و در اين دما به مدت 5 دقيقه نگه داشته شده است تا تاريخچه حرارتي آن از بين برود. سپس، نمونه تا دماي oC 25 با سرعت oC/min 10 سرد شده و در نهايت، مجدداً از oC25 تا oC190 با همان سرعت گرم شده است. قبل از انجام آزمون، نرخ جريان گرم کردن و دماي دستگاه با استفاده از مواد استانداردي مانند اينديم و روي کاليبره شده است. مورفولوژی

نمودارهاي DSC تبلور و ذوب نمونه­ها به ترتيب از مراحل سرد کردن و گرم کردن ثبت شده­اند. براي بررسي رفتار تبلور و ذوب آلياژهاي LDPE/TPS، نمودارهاي DSC مربوط به مراحل سرد کردن و گرم کردن آنها به ترتيب در شکل (3) و (4) نشان داده شده است. همانطور که در قسمت شکل (3) مشاهده مي­شود، براي اين آلياژها، يک پيک تبلور در حدود oC96 ظاهر شده است. به نظر مي­رسد با افزايش مقدار TPS در آلياژها، پيک تبلور  LDPE کمي به سمت مقادير بيشتر جابجا شده باشد. در نمودارهاي مربوط به مرحله گرم کردن نيز يک پيک ذوب مشخصه براي LDPE مشاهده مي­شود که در دماي حدودoC112 ظاهر گرديده است. بر اساس شکل (4)، با افزايش مقدار TPS در آلياژها تغيير کمي در پيک­هاي DSC رخ داده است.

شكل 3- نمودارهاي DSC مربوط به مراحل سرد کردن آلياژهايLDPE/TPS
112 oC
شكل 4- نمودارهاي DSC مربوط به مراحل  گرم کردن آلياژهايLDPE/TPS

در آلياژهايLDPE/TPS تهيه شده در اين پژوهش، ذرات نشاسته در فرآيند اکستروژن ذوب نمي­شوند. بنابراين، هنگامي که آلياژ مذاب LDPE/TPS سرد مي­شود، فقط LDPE به وسيله هسته­زايي همگن و ناهمگن متبلور مي شود. کاهش جزئي دماي تبلور آلياژهاي LDPE/TPS با افزايش مقدار TPS به دليل وجود فاز نشاسته است که مانع از فشردگي مولکولي و تشکيل ساختارهاي منظم در ماتريس LDPE در طي فرآيند سرد کردن شده است. در واقع، نشاسته به عنوان يک فاز پراکنده صلب عمل کرده و انعطاف­پذيري زنجيرهاي LDPE را کاهش مي­دهد. مورفولوژی

4-خواص مكانيكي:

اندازه گيري خواص کششي مانند استحکام کششي نهايي(UTS)، ازدياد طول در نقطه شکست(EB) و مدول کششي    (EM) فيلم­هاي تهيه شده با استفاده از دستگاه کشش و مطابق با استاندارد ASTM D882 انجام شده است. در اين آزمون،       نمونه­هاي نواري شکل با ابعاد مشخص از فيلم­ها بريده شده و با سرعت mm/min200 در دماي اتاق براي هر دو جهت ماشين و جهت عمودي کشيده شده­اند. براي هر نمونه حداقل 3 اندازه گيري انجام شده و سپس مقدار متوسط ثبت گرديده است. مورفولوژی

شكل 5و6- خواص کششي مانند استحکام کششي نهايي(UTS)، ازدياد طول در نقطه شکست(EB)
جدول 2- مدول كششي آلياژهاي LDPE/TPS
کد نمونه مدول کششي در جهت ماشين (MPa) مدول کششي در جهت عرضي (MPa)
BF0 15 ± 340 18 ± 378
BF10 13 ± 298 14 ± 324
BF20 12 ± 226 12 ± 301
BF30 8 ± 197 12 ± 276

نتايج بدست آمده در اين پژوهش نشان مي­دهند که استحکام کششي فيلم­ها به مقدار TPS بستگي دارند. در حقيقت، TPS به عنوان يک عامل غير تقويت کننده عمل کرده و به دليل استحکام کششي ضعيف، منجر به کاهش استحکام فيلم­ها شده است. همچنين، بايستي بيان شود که حضور گليسيرول نيز ممکن است منجر به کاهش مقدار UTS شده باشد، اما تأثير مثبتي بر افزايش مقدار EB داشته است. به نظر مي­رسد که بهم ­آميختگي ذرات نشاسته در ماتريس LDPE که با افزايش مقدار TPS تشديد شده است (در تصاوير SEM در شکل (2) مشاهده شد) مي­تواند پاسخگوي اين تغييرات باشد . مورفولوژی

در نتيجه  بهم­آميختگي ذرات TPS و تشکيل ذرات بزرگتر، تمرکز تنش در نمونه­ ها بيشتر شده و منجر به تضعيف استحکام آنها شده است. با اين وجود، مي­توان بيان کرد که حضور PE-g-MA تا اندازه­اي در بهبود خواص بين سطحي (کاهش تنش بين سطحي) فازها و ايجاد پراکنش مطلوب ذرات نشاسته در ماتريس LDPE موثر بوده است. اين مسئله براي دستيابي به استحکام کششي بهتر براي آلياژهاي PE/TPS ضروري است. مورفولوژی

5-جذب آب و زيست تخريب پذيري و آزمون دفع

به عنوان معياري از تخريب پذيري، برحسب مقدار TPS و زمان غوطه ور شدن در شکل (7) نشان داده شده است. مطابق با اين شکل، قابليت جذب آب فيلم­ها به شدت وابسته به مقدار TPS است؛ هر چه مقدار TPS بالاتر باشد، قابليت جذب آب نيز بالاتر است. در اين مورد، بيشترين افزايش در ميزان جذب آب کل در مورد نمونه BF30 بدست آمده است. همچنين، از اين شکل مشخص است که در طي اولين روزهاي انجام آزمون، سرعت جذب آب سريع بوده، سپس کاهش يافته و در نهايت به يک مقدار ثابتي رسيده است.

در آلياژهاي LDPE/TPS موادي مانند TPS و PE-g-MA به دليل دارا بودن گروه­هاي قطبي، باعث ايجاد حساسيت جذب آب نمونه­ها شده­اند. نشاسته يک پليمر آبدوست است که مي­تواند از طريق تشکيل پيوندهاي هيدروژني بين آب و گروه­هاي هيدروکسيل خود، جذب آب نمونه­ها را تسهيل کند. علاوه بر اين، تشکيل احتمالي ماکرومولکول­هاي شاخه­اي و شبکه­اي شده در نتيجه واکنش بين PE-g-MA و گروه­هاي هيدروکسيل موجود در TPS مي­توانند جذب آب فيلم­ها را افزايش دهد. افزايش جذب آب در نتيجه حضور نشاسته و يا  PE-g-MA در آلياژهاي پلي اتيلن – نشاسته توسط محققان ديگر نيز گزارش شده است. مورفولوژی

شكل 7- رفتار جذب آب فيلم­هاي LDPE/TPS

يکي از متداول­ترين روش­هاي تخمين سرعت زيست تخريب­پذيري، کاهش وزن است. نتايج آزمون دفن در خاک (به مدت 1 ماه) به صورت درصد کاهش وزن  بر حسب زمان دفن شدن فيلم­هاي LDPE/TPS در خاک، در شکل (8) نشان داده شده است. همانگونه از اين تصوير مشاهده مي­شود، با افزايش مقدار TPS به دليل زيست تخريب­پذير بودن اين پليمر، کاهش وزن بيشتري در نمونه­ها رخ داده است و اين روند با گذشت زمان نيز بيشتر بوده است.

شكل 8- نتايج آزمون دفن در خاک (به مدت 2 ماه) به صورت درصد کاهش وزن  بر حسب زمان دفن شدن فيلم­هاي LDPE/TPS

 6-نتيجه گيري مورفولوژی

برهمکنش شيميايي بين گروه هاي MA در PE-g-MA با گروه هاي هيدروکسيل TPS منجر به تشکيل فاز بين سطحي شده که با ظاهر شدن پيک پيوند استري در طيف FTIR تأييد شده است. تصاوير SEM نمونه­ها بهبود پراکندگي ذرات نشاسته در ماتريس پلي اتيلن در حضور PE-g-MA و ايجاد سازگاري بين فازها به دليل برهمکنش شيميايي بين گروه هاي MA در PE-g-MA با گروه هاي هيدروکسيل TPS و تشکيل فاز بين سطحي را تأييد کرد. با اين وجود، با افزايش مقدار نشاسته از 10 به 20 و سپس 30% اندازه ذرات نشاسته در ماتريس LDPE افزايش يافته است که نشان دهنده بهم آميختگي ذرات نشاسته است. مورفولوژی

با افزايش مقدار TPS، رفتار ذوب و تبلور آلياژهاي LDPE/TPS تغيير چشمگيري نداشته است که علت آن رفتار صلب ذرات نشاسته است.نتايج خواص مکانيکي نشان داد که با افزايش مقدار TPS در آلياژها، استحکام کششي نهايي، ازدياد طول در شکست و مدول کششي فيلم ها در دو جهت ماشين و عرضي کاهش مي يابد که به دليل پايين­ترين بودن خواص کششي TPS در مقايسه با LDPE است. با افزايش مقدار TPS در آلياژها، جذب آب و کاهش وزن نمونه­ها روند افزايشي نشان داده است.

7-مراجع

Patel, M., (2003). “Green Plastics: An Introduction to the New Science of Biodegradable Plastics, by E. S. Steven,” Journal of Industrial Ecology, vol. 7, pp. 231-233.

Volke-Sepúlveda, T., Favela-Torres, E., Manzur-Guzmán, A., Limón-González, M., and Trejo-Quintero, G. (1999), “Microbial degradation of thermo-oxidized low-density polyethylene,” Journal of Applied Polymer Science, vol. 73, pp. 1435-1440.

Zheng, Y., Yanful, E. K., and Bassi, A. S, (2005), “A Review of Plastic Waste Biodegradation,” Critical Reviews in Biotechnology, vol. 25, pp. 243-250.

Sudhakar, M., Doble, M., Murthy, P. S., and Venkatesan, R, (2008). “Marine microbe-mediated biodegradation of low- and high-density polyethylenes,” International Biodeterioration & Biodegradation, vol. 61, pp. 203-213.

 

اشتراک:

درباره نویسنده

نظرات بسته اند

Call Now Button