بهینه‌سازی آمیخته‌های سه‌تایی بر پایه پلی‌لاکتیک اسید طبق خواص فیزیکی و زیستی

افزایش ضایعات پلاستیکی صنعت بسته بندی و نگرانی ها درباره ی مشکلات زیست محیطی آن ها، استفاده از زیست پلیمرها را مورد توجه محققان بسیاری قرار داده است. بنابراین تهیه فیلم های زیست تخریب پذیر ارزان با خواص مطلوب، به منظور استفاده در صنعت بسته بندی می تواند چالشی جذاب تلقی شود.در پژوهش حاضر آمیخته هایی سه تایی بر پایه پلی لاکتیک اسید (poly (lactic acid), pla) بر مبنای طراحی آزمایش (روش مخلوط) تهیه شد. بدین منظور، ابتدا نشاسته ترموپلاستیک (thermoplastic starch, tps) با استفاده از 28 درصد وزنی سوربیتول (sorbitol) و 14 درصد وزنی گلیسرول (glycerol) تهیه شد. سپس با استفاده از روش اختلاط مذاب (melt mixing)، آمیخته ها ی سه تایی پلی لاکتیک اسید/ پلی کاپرولاکتون (poly (caprolactone), pcl)/ نشاسته ترموپلاستیک در ترکیب درصدهای مختلف تهیه شدند. آزمون های مورفولوژیکی، فیزیکی (کشش و تراوایی بخار آب)، زیست تخریب پذیری و هم چنین رئولوژیکی بر روی نمونه ها انجام شد. در پایان نمونه ی بهینه با استفاده از نرم افزار minitab تعیین شد.با بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترون روبشی، ناسازگاری و جدایی فازی در آمیخته ها مشاهده شد. با افزایش مقادیر pcl و tps، به ترتیب افزایش انعطاف پذیری به دلیل اثر نرم کنندگی (plasticization effect) pcl و کاهش خواص مکانیکی مشاهده شد. نتایج آزمون عبورپذیری نشان داد که نمونه های حاوی مقادیر کمتر از tps، به دلیل ماهیت آب دوستی، و بیشتر از pcl، به دلیل افزایش بلورینگی زمینه، دارای تراوایی بخار آب کمتری بودند. هم چنین تاثیر tps در آزمون زیست تخریب پذیری کاملاً مشخص شد، بدین گونه که نمونه ی حاوی 35 درصد وزنی tps، حدود 50 درصد از وزن خود را در مدت 14 هفته از دست داد. در انتها نمونه ی 50/25/25 (pla/pcl/tps) به عنوان نمونه ی بهینه توسط نرم افزار minitab انتخاب شد. نتایج نشان دادند که فیلم های فرمول بندی شده در این تحقیق قابلیت استفاده در مواد بسته بندی زیست تخریب پذیر با خواص مکانیکی و سدگری مناسب را دارند.

Optimization of ternary blends based on poly (lactic acid) according to physical and biological properties

Research subject: Increasing plastic wastes of the packaging industry and concerns about their environmental problems, have attracted many researchers to use biopolymers. Therefore, the preparation of cheap biodegradable films with desirable properties for using in the packaging industry can be an attractive challenge.Research approach: In this study, poly (lactic acid) (PLA) based ternary blends were prepared by experimental design (mixture method). For this purpose, thermoplastic starch (TPS) was first prepared using 28 wt% sorbitol and 14 wt% glycerol. Then, PLA / PCL (poly (caprolactone), PCL) / TPS ternary blends at different concentrations were prepared using the melt mixing method. Morphological, physical (tensile, water vapor permeability), biodegradability, and rheological tests were also carried out. Finally, the optimum sample was determined using Minitab software.Main results: Scanning electron microscope (SEM) images revealed incompatibility and phase separation in the blends. Moreover, with increasing PCL and TPS contents, flexibility enhanced due to the plasticization effect of PCL and mechanical properties declined, respectively. The permeability test results showed that the samples containing less TPS due to its hydrophilic nature and more PCL leads to increase the crystallinity of the matrix, had lower water vapor permeability. The effect of TPS on the biodegradability test was also well established. In this way, the sample containing 35 wt% TPS loses about 50% of its weight within 14 weeks. Finally, the sample with 50/25/25 (PLA / PCL / TPS) composition was selected as the optimum sample by Minitab software. The results showed that the formulated films in this study have the potential to be used in biodegradable packaging materials with good mechanical and barrier properties.