آميخته پلي‌(لاكتيك اسيد)-اتيلن-co-وينيل استات بسيارچقرمه با افزودن هم‌زمان نانوذرات آب‌گريز و سازگاركننده

A Highly Toughened Poly(lactic acid)/Ethylene-co-Vinyl Acetate Blend with the Simultaneous Addition of Hydrophobic Nanoparticles and Compatibilizer

فرضيه: در سال‌هاي اخير، با توجه به موضوع‌هاي آلودگي زيست‌محيطي، صنايع پلاستيك به مصرف پلاستيك‌هاي زيست تخريب‌پذير تشويق شده‌اند. پلي‌(لاكتيك اسيد)، PLA، از شناخته‌شده‌ترين پليمرهاي زيست‌تخريب پذير با برتري ماهيت زيست‌پايه است. عيب اصلي PLA شكنندگي ذاتي آن بوده كه آميخته‌سازي مناسب‌ترين روش براي غلبه بر آن است. روش‌ها: PLA بسيار چقرمه از كوپليمر اتيلن-وينيل استات (EVA)، در مجاورت نانوذرات آب‌گريز سيليكا و سازگاركننده كوپليمر قطعه‌اي (استيرن-اتيلن-بوتيلن-استيرن) داراي مالئيك انيدريد (SEBS-g-MA) با آميخته‌سازي مذاب تهيه شد. شكل‌شناسي، خواص گرمايي، خواص مكانيكي و رئولوژي نمونه‌ها بررسي شد. يافته‌ها: عكس‌هاي ميكروسكوپي الكترون عبوري (TEM) تأييد كرد، نانوذرات سيليكا به‌طور عمده در قطره‌هاي EVA و سطح مشترك EVA و PLA و نيز مقداري در ماتريس PLA قرار گرفته‌اند. همچنين، با واردكردن نانوذرات، اندازه متوسط قطره‌هاي EVA كاهش يافت و استحكام در سطح مشترك بهبود يافت. با وجود سازگاركننده شكل‌شناسي به‌طور چشمگيري تغيير يافت و فاز پراكنده كروي EVA به‌شكل رشته‌اي درآمد. با افزودن نانوذرات و نيز سازگاركننده مقدار بلورينگي PLA در آميخته‌ها كاهش يافت. با افزودن phr 5 نانوذرات سيليكا ازدياد طول تا پارگي، چقرمگي و استحكام ضربه‌اي به‌طور شايان توجهي افزايش يافت. افزودن هم‌زمان نانوذرات و سازگاركننده به‌طور چشمگيري باعث بهبود خواص مكانيكي شد. به‌عنوان مثال، ازدياد طول تا پارگي و استحكام ضربه‌اي آميخته سازگارشده PLA/EVA داراي phr 5 نانوسيليكا از %7 و 5.1kJ/m2 به‌ترتيب به %141 و 71kJ/m2 (در مقايسه با آميخته خالص) افزايش يافت. ريزساختار آميخته‌ها با نتايج رئولوژي خطي ارزيابي شد.

Hypothesis: In recent years, due to environmental pollution and sustainability issues, plastic industries have been encouraged to use biodegradable polymers. Poly(lactic acid) (PLA) is one of the most well-known biodegradable polymers with the advantage of bio-based nature. However, the inherent brittleness of PLA is its main disadvantage. The blending technique is the most effective and practical method to overcome the brittleness of PLA. Methods: A highly toughened PLA was prepared through physical melt-blending with ethylene-vinyl acetate (EVA) in the presence of hydrophobic nanosilica and SEBS-g-MA block copolymer compatibilizer. The morphology, thermal properties, mechanical properties, and linear rheology of the samples were investigated. Findings: Transmission electron microscopy (TEM) images revealed that nanosilica is predominantly localized in the EVA droplets and at the interface of PLA and EVA. Some were also resided in the PLA matrix. Upon incorporating of nanoparticles, the interfacial strength improved and that the average droplet size was decreased. In the presence of compatibilizer, the morphology considerably changed: the dispersed spherical EVA phase turned into the cylindrical shape. Addition of copolymer and nanoparticles decreased the crystallization of PLA in the blends. Addition of 5 phr nanosilica considerably enhanced tensile toughness, elongation-at-break, and impact strength. On the other hand, the simultaneous addition of nanoparticles and compatibilizer dramatically improved the mechanical properties. For example, the elongation-at-break and impact strength of the compatibilized PLA/EVA blend containing 5 phr nanosilica were increased from 7% and 5.1 kJ/m2 to 141% and 71 kJ/m2 (compared to a neat blend), respectively. Finally, the microstructure of the blends was assessed through rheological measurements.