ریزساختار و خواص مکانیکی و گرمایی زیست‌نانوکامپوزیت‌های بر‌ پایه پلی‌(لاکتیک‌ اسید)-پلی‌کاپرولاکتون-گرافن

فرضیه: پلی(‌لاکتیک ‌اسید) (pla) در میان انواع زیست‌پلاستیک‌ها با‌ توجه به برخورداری از خواص مطلوب شامل استحکام کششی و مدول کشسانی (سفتی) زیاد، قابلیت رقابت با پلیمرهای پایه‌نفتی را دارد. از معایب اصلی این زیست‌پلیمر شکنندگی در برخی کاربردهای عملی مانند بسته‌بندی و نساجی است که استفاده از آن را محدود کرده است. یکی ‌از راه‌های برقراری توازن بین سفتی و چقرمگی پلی(لاکتیک اسید)، آمیخته‌سازی آن با زیست‌پلاستیک‌های انعطاف‌پذیر مانند پلی‌کاپروکاپتون‌ها (pcl) و افزودن نانوذراتی مانند گرافن است.روش‌ها: در این مطالعه، نانوکامپوزیت‌هایی بر ‌پایه پلی(‌لاکتیک ‌اسید)-پلی‌کاپرولاکتون-گرافن طی فرایند اختلاط مذاب با مخلوط‌کن ‌داخلی با روش خوراک‌دهی مستقیم تهیه شدند. در همه نمونه‌ها نسبت وزنی فاز پراکنده پلی‌کاپرولاکتون به فاز ماتریس پلی(‌لاکتیک ‌اسید) 30 به 70 انتخاب شد و از سه درصد وزنی مختلف نانو‌گرافن (0.5، 1 و 2) استفاده شد. در ‌نهایت، برای بررسی ریزساختار، شکل‌شناسی، خواص مکانیکی و گرمایی به‌ترتیب از آزمون‌های رئومتری (rms)، طیف‌سنجی مکانیکی پویشی، پراش پرتو x، میکروسکوپی الکترونی پویشی (sem)، کشش و گرماسنجی پویشی تفاضلی (dsc) استفاده شد.یافته‌ها: نتایج پراش پرتو x نشان داد، نانوذرات‌ گرافن دارای پخش‌شدگی مناسبی درون ماتریس پلیمری هستند. تصاویر sem نیز نشان داد، افزودن نانوذرات گرافن به نمونه pla/pcl به کاهش اندازه قطره‌های pcl منجر شده است. نتایج آزمون گران‌روکشسانی مذاب خطی نشان داد، مدول ذخیره و گران‌روی مختلط در بسامد 0.1 برای نمونه pla/pcl دارای %2 وزنی نانوذره گرافن به‌ترتیب به‌مقدار 200 و %400 بیشتر از نمونه پُرنشده است که حاکی از تشکیل شبکه سه‌بعدی و پراکنش مناسب نانوذره در ماتریس پلیمر است. نتایج آزمون کشش نشان داد، با افزودن %2 وزنی نانوذره گرافن به نمونه pla/pcl مدول کشسانی، استحکام کششی و کرنش در شکست به‌ترتیب 126.63، 80.48 و %97.36 افزایش یافته است. نتایج آزمون گرمایی نیز نشان داد، افزودن نانوگرافن و نیز pcl به پلیمر pla سبب اثر هسته‌زایی و ایجاد مراکز هسته‌گذاری فعال می‌شود و درصد بلورینگی فاز pla افزایش می‌یابد. اما، اثرگذاری pcl در این پژوهش در این زمینه مشهودتر از نانوگرافن بود.

poly(lactic acid)/polycaprolactone/graphene bionanocomposites: microstructural, mechanical and thermal properties

hypothesis: among the types of bioplastics, poly(lactic acid) (pla) has the ability to compete with petroleum-based polymers due to its favorable properties such as high tensile strength and high modulus of elasticity. brittleness is the main disadvantage of pla which limits its practical applications in some industrial fields like packaging and textile. blending of pla with other flexible bioplastics like polycaprolactone (pcl) and adding nanoparticles like graphene into pla are among the techniques that can be used to balance the stiffness and toughness of pla.methods: nanocomposites based on pla/pcl/graphene (g) were prepared by melt mixing using an internal mixer with direct feeding method. in all samples the weight ratio of pcl dispersed phase to pla matrix phase was 30:70, and three different weight percentages of nanographene (0.5, 1 and 2) were used. a rheometric mechanical spectrometer (rms), x-ray diffractometer (xrd), and a scanning electron microscopy (sem), as well as tensile and differential scanning calorimetry (dsc) measurements were used to study the microstructure, morphology, mechanical and thermal properties, respectively.findings: the results of xrd showed that graphene nanoparticles are well dispersed in the polymer matrix. the sem results demonstrated that incorporation of graphene nanoparticles into the pla/pcl sample led to a decrease in the pcl droplet size. the melt linear viscoelastic measurements showed that incorporation of 2% (by wt) of nanographene into pla/pcl sample enhanced the storage modulus and complex viscosity by about 200 and 400% due to well-dispersion of nanoparticles in the matrix that led to the formation of a 3d network between nanographene and/or nanographene-polymer chains. the tensile test results showed that the elastic modulus tensile strength, and elongation-at-break increased by 126.63%, 80.48%, and 97.36% respectively, by adding 2% graphene nanoparticles to the pla/pcl sample. the results of the thermal tests also showed that the addition of nanographene and pcl to the pla polymer causes the nucleation effect and the creation of active nucleation centers, and the crystallinity percentage of the pla phase increases, but the effect of pcl in this research was more evident than that of nanographene.