تبلور و شکل شناسی نانوکامپوزیت های برپایه پلی لاکتیک اسید - نانوصفحه های گرافن: اثر عامل دارکردن نانوذرات

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 کاشان، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کاشان، گروه مهندسی پلیمر، صندوق پستی 433-87135

2 تهران،پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده فرایند، گروه پلاستیک، صندوق پستی 112-14975

3 تهران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، دانشکده علوم پایه، گروه شیمی کاربردی، صندوق پستی 1365-17776

چکیده

تبلورنانوکامپوزیت­ های برپایه پلیمرهای نیمه بلوری در بسیاری از کاربردها نقش اساسی ایفا می­ کند. در این مطالعه، نانوکامپوزیت­ های برپایه پلی­ لاکتیک اسید شامل 0.5 و 1 درصد وزنی گرافن به روش محلولی با استفاده از حلال دی­ متیل فرمامید (DMF) ساخته شدند. برای پخش بهتر و داشتن برهم­ کنش مناسب با پایه پلیمری، گرافن ­ها با اسید اصلاح شدند و گروه ­های هیدروکسیل و کربوکسیل روی آنها نشانده شد. پس از مرحله اکسایش از واکنش کلردارکردن برای نشاندن گروه­ های کلر روی ذرات گرافن استفاده شد. واکنش اصلاح سطح ذرات گرافن به روش­ های زیرقرمز تبدیل فوریه، شناسایی عنصری و گرماوزن­ سنجی ردیابی شد. شکل­ شناسی نانو­کامپوزیت­ ها با میکروسکوپ الکترونی پویشی انجام شد. رفتار تبلور به روش ناهم ­دما و هم ­دما در دماهای 115 ،120 ، 125 و 130ºC با گرماسنجی پویشی تفاضلی بررسی و اثر عامل­ دارکردن نانوذرات گرافن روی این رفتار مطالعه شد. این ریز نگارها از نانوکامپوزیت­ ها، توزیع و پراکندگی بهتر نانو­ذرات عامل دارشده را در ماتریس پلیمری نشان داد. نمونه­ های حاوی نانو­ذرات اصلاح شده و پیوند­خورده با زنجیر‌های پلیمری، قابلیت بلورشدن بیشتری در مقایسه با نمونه ­های حاوی گرافن‌های خالص پیدا کردند. با افزایش دما در رفتار تبلور هم ­دما، زمان شروع تبلور (tonset) کاهش می‌یابد که این موضوع می‌تواند به تحرک زنجیرهای نانو­کامپوزیت­ ها مربوط باشد. به­ نظر می‌رسد، با افزایش نانوذرات اصلاح‌شده تشکیل بلورهای β راحت‌ تر بوده و در دمانگاشت­ ها مشخص ­تر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Crystallization and Morphology of Nanocomposites Based on Poly(lactic acid)/Graphene Nanoplatelets: Effect of Nanoparticle Functionalization

نویسندگان [English]

  • Pedram Manafi 1
  • Ismaile Ghasemi 2
  • Mohammad Karabi 2
  • Hamed Aziz 2
  • Mohammadreza Manafi 3
1 Polymer Engineering Department, Kashan Branch, Islamic Azad University, P.O. Box: 87135-433, Kashan, Iran
2 Department of Plastics, Faculty of Processing, Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
3 Department of Applied Chemistry, Islamic Azad University, South Tehran Branch, P.O. Box: 17776-13651, Tehran, Iran
چکیده [English]

Crystallization behavior of nanocomposite based on semicrystalline polymers and graphene nanoplatelets (GNp) has been considered due to its critical effect on the performance of the final product. In this study, nanocomposite based on poly(lactic acid)/graphene nanoplatelets (PLA/GNp, 0.5 and 1 wt %) was prepared via solution method using dimethylformamide as a solvent. PLA has the largest contribution in the current biopolymer research. To present time, it is well accepted that nanoparticles would be recognized as efficient heterogeneous nucleating agents for various semicrystalline polymers. To improve the dispersion of graphene in the matrix, functionalization using acid treatment and acylation reaction was accomplished. Characterization of functionalization reaction and grafting reaction between PLA and functionalized graphene (FGNp) was tracked by Fourier transform infrared spectroscopy, elemental analysis, and thermogravimetry analysis. Scanning electron microscopy results demonstrated that a relatively fine dispersion of FGNp is achieved in the PLLA matrix. Non-isothermal and isothermal crystallization behavior was studied using differential scanning calorimetry. The isothermal tests were conducted at test temperatures 130°C, 125°C, 120°C and 115°C. The results indicated that crystallization percentage for the samples containing FGNp nanoparticles were higher than those of pristine-containing samples. With increase of temperature in isothermal test onset time for crystallization decreased due to higher mobility of polymeric chains in the samples. It seems that the presence of functionalized nanoparticles facilitated formation of β format of crystals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • crystallization
  • Nanocomposite
  • poly(lactic acid)
  • Graphene
  • functionalization