خواص فیلم نانوکامپوزیت پلی(لاکتیک اسید) حاوی نانوالیاف سلولوز اصلاح شده

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده کشاورزی، گروه علوم و صنایع غذایی

چکیده

در این پژوهش، فیلم نانوکامپوزیت پلی(لاکتیک اسید) (PLA) حاوی نانوالیاف سلولوز (CNF)، با استفاده از روش ریخته‌گری محلول (روش قالب گیری) تهیه شد. برای بهبود سازگاری و اختلاط پذیری با پلیمر، CNF با اولئیک اسید وارد واکنش شده و اصلاح شد. نانوالیاف سلولوز اصلاح شده (MCNF)، قطبیت و ماهیت بلوری کمتری نسبت به CNF طبیعی نشان داند. در ادامه، MCNF به ترکیب فیلم PLA اضافه شده و اثر آن بر خواص شیمی- فیزیکی پلیمر بررسی شد. شکل‌شناسی سطحی فیلم‌ها با استفاده از آزمون میکروسکوپ نیروی اتمی نشان داد، با افزایش مقدار نانوالیاف، زبری سطحی فیلم‌ها افزایش می‌یابد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی تهیه شده از سطح شکست فیلم‌ها، تأییدکننده‌ پراکنش مطلوب و یکنواخت MCNF در غلظت‌های کم است. درحالی‌که در غلظت ۱۲%، نانوالیاف  در داخل شبکه پلیمر تجمع یافته و تشکیل کلوخه دادند. نتایج آزمون DSC نشان داد، دمای ذوب فیلم‌های نانوکامپوزیت به‌طور معناداری بیشتر از فیلم PLA خالص است. همچنین با افزایش مقدار MCNF، درجه بلورینگی فیلم‌ها نیز افزایش یافت. آزمون پراش پرتو X نیز تأیید کرد} با افزایش مقدار نانوالیاف، درصد تبلور فیلم PLA افزایش می‌یابد. در غلظت ۸% MCNF، استحکام کششی و مدول یانگ فیلم نانوکامپوزیت به ترتیب تا ۲ و ۱/۵ برابر مقادیر آن در فیلم PLA خالص افزایش یافت. این نتایج مطلوب را می‌توان به اثر اصلاح سطحی و درنتیجه پراکنش مطلوب نانوالیاف در شبکه فیلم PLA نسبت داد. هرچند که در غلظت‌های بیشتر (۱۲%)، MCNF به حالت انبوهه درمی‌آید.           

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Properties of Poly(lactic acid) Nanocomposite Film Containing Modified Cellulose Nanofibers

نویسندگان [English]

  • Hadi Almasi
  • Babak Ghanbarzadeh
  • Jalal Dehghannia
Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

ICellulose nanofibers (CNF)-reinforced poly(lactic acid) (PLA) nanocomposite was prepared by casting method. In order to improve the compatibility and miscibility of the whole system with respect to PLA matrix, CNFs were treated with oleic acid. The resulting modified nanofibers (MCNF) exhibited reduced polarity and crystalline structure as compared with unmodified CNF. These MCNF were subsequently introduced into a PLA polymeric matrix and the effect of nanofiller on physicochemical properties of the nanocomposites was studied. Surface morphologies of PLA films studied by atomic force microscopy and it was revealed that the surface roughness of nanocomposites increased by increasing the nanofiber content. The morphology of fracture surface, evaluated by scanning electron microscopy, confirmed the uniform dispersion of MCNF at low levels. However, a higher level of MCNF (12 wt%) led to less dispersion uniformity and more agglomeration of the nanofibers. The thermal analysis by differential scanning calorimetry showed that the melting temperature of the PLA-MCNF nanocomposites was significantly higher than that of pure PLA film. Also, the degree of crystallinity increased with an increase in MCNF content. X ray diffraction patterns confirmed that the addition of MCNF resulted in increased crystalline structure in PLA matrix. At MCNF content of 12 wt%, the tensile strength and Young’s modulus of the nanocomposites increased by 2.5 and 2 folds than those of pure PLA films, respectively. These improvements were primarily attributed to the effect of surface modification and uniform dispersion of the MCNF in the PLA matrix. However, the MCNF formed aggregates in the higher loading levels (12 wt %).

کلیدواژه‌ها [English]

  • poly(lactic acid)
  • Cellulose nanofibers
  • surface modification
  • crystalline structure
  • thermal properties