تاثير افزودن نانو كريستال سلولز بر خواص فيلم هاي پليمري پلي هيدروكسي بوتيرات كووالرات

Effects of cellulose nano crystal addition on the properties of polyhydroxybutyrate-co-valerate (PHBV) films

پلي هيدروكسي بوتيرات كووالرات (PHBV) يك بايوپليمر گرمانرم و زيست تخريب پذير است كه بوسيله گونه اي از باكتري ها توليد مي شود. اين بايو پليمر به دليل خواص مشابه با پلي پروپيلن بسيار مورد توجه مجامع علمي و صنعتي واقع شده است. با وجود مزاياي زياد PHBV نسبت به پليمرهاي پتروشيميايي، استفاده از آن به علت هزينه بر بودن فرايند توليد و همچنين پايين بودن برخي خواص فيزيكي و مكانيكي، محدود مي باشد. يكي از روش هاي برطرف كردن اين مشكل استفاده از نانو ذرات بعنوان تقويت كننده است. در اين پژوهش، فيلم هاي نانوكامپوزيت PHBV حاوي نانوكريستال سلولز (CNC)، تهيه شد. تاثير افزودن CNC بر ويژگي هاي مكانيكي شامل استحكام كششي و ازدياد طول پارگي و ويژگي هاي ديناميكي-مكانيكي شامل مدول ذخيره و تانژانت دلتا و ويژگي هاي مرفولوژي سطحي توسط ميكروسكوپ الكتروني پويشي (SEM) و نهايتا ويژگي هاي حرارتي توسط آناليزگرماسنجي تفاضلي (DSC) بر اساس استانداردهاي مربوطه مورد ارزيابي قرار گرفت. نانو كريستال سلولز با نسبت هاي صفر، 1، 3 و 5 درصد وزني به بايو پليمراضافه شد و فيلم نانوكامپوزيت به روش قالبگيري محلول تهيه شد. نتايج آزمون هاي مكانيكي نشان داد كه استحكام كششي با افزايش نانو كريستال سلولز تا 1 درصد افزايش يافت اما با افزدون مقادير بالاتر، استحكام كششي كاهش يافت. همچنين تغيير طول در نقطه شكست با افزايش نانو ذرات كاهش يافت. نتايج حاصل از ميكروسكوپ الكتروني پويشي حاكي از پراكنش بسيار خوب نانو ذرات در سطح 1 درصد مي باشد. نتايج آزمون ديناميكي- مكانيكي نيز نشان داد كه با افزايش درصد نانو ذرات در دماهاي پايين مدول ذخيره نانوكامپوزيت ها افزايش مي يابد و با افزايش دما مدول ذخيره كاهش مي يابد. نتايج آزمون گرماسنجي تفاضلي نيز نشان داد افزودن نانو ذرات دماي انتقال شيشه اي را افزايش مي دهد كه احتمالا به علت ايجاد پيوندهاي قوي بين پليمر و نانو كريستال سلولز و همچنين بلورينگي بالاي CNC مي باشد.

Polyhydroxybutyrate-co-valerate (PHBV) is a biodegradable and thermoplastic biopolymer which can be produced by a species of bacteria. This biopolymer has remarkably been noticed by scientific and industrial associations due to the similar properties with polypropylene. In spite of great benefits than petrochemical polymers, the use of PHBV to high-cost production process and also low range of physical and mechanical properties is limited. One solution to overcome this problem is to utilize nanoparticles as reinforcement. In this research, PHBV nanocomposite films containing cellulose nano crystals (CNC) has been provided. The effects of adding nanoparticles on the mechanical properties such as tensile strength and elongation, dynamic-mechanical properties such as modulus and tan δ were studied. Also, morphology and thermal features by scanning electron microscopy (SEM) and differential scanning calorimetry (DSC) were investigated, respectively. For this purpose, CNC with ratio of 0, 1, 3 and 5 wt% were added to biopolymer matrix, then nanocomposite films were obtained by solvent casting method. After adding nanoparticles, the tensile strength and thermal stability of the PHBV/CNC composite films increased and the elongation decreased. SEM observations showed that existence of large amount of nanoparticles (3 wt%) are strongly agglomerated in the biopolymer matrix. This leads to decrease of mechanical properties of the composites for more than 3% by weight. Finally, the results of this study showed that CNC is an effective reinforcing agent for modifying physical and mechanical properties of biopolymer composite films.