فيلم‌هاي بر پايه زيست‌پليمر پلي‌لاكتيك اسيد (PLA): اثر نانوذرات خاك‌رس و سلولوز بر خواص فيزيكي، مكانيكي و ساختاري

Films Based on Poly(lactic acid) Biopolymer: Effect

در اين پژوهش، فيلم‌هاي زيست‌پليمر پلي‌لاكتيك اسيد (PLA) با استفاده از نانوذرات خاك‌رس و سلولوزي در سطوح مختلف با روش قالب‌ريزي تهيه و خواص فيزيكي، مكانيكي و ساختاري فيلم‌هاي توليدي ارزيابي شد. خواص فيزيكي شامل ضخامت، شفافيت و رنگ در اثر افزودن نانوذرات به پليمر تغيير محسوسي نشان ندادند. الگو‌هاي پراش پرتو X (XRD) نشان داد،PLA خالص ساختار نيمه‌بلوري دارد كه با افزودن نانوخاك‌رس به آن، ساختار منظم‌تر مي‌شود و بلورينگي بهبود مي‌يابد. همچنين، نتايج نشان‌دهنده جابه‌جايي پيك‌ها به درجه‌هاي پايين‌تر، افزايش فاصله بين صفحات نانوخاك‌رس و تشكيل ساختار بين‌لايه‌اي است. ريزبلور سلولوز (MCC) به دليل ماهيت و اندازه ذرات آن تعامل خوبي با پليمر نداشته است. PLA خالص داراي استحكام كششي، مدول كشساني و ازدياد طول تا پارگي به ترتيبMPa 44/27، GPa 84/1و 53/24 درصد بود كه با افزودن نانوخاك‌رس اين مقادير به‌طور قابل‌ توجهي تغيير كرد و در نمونه حاوي 7 درصد نانوخاك‌رس به‌ترتيب به 34/40، 62/2 و 36/10 رسيد. همانند بررسينتايج XRD، نتايج مكانيكي به‌دست آمده براي فيلم‌هاي حاوي MCC نيز نشان مي‌دهد، اين نانوذره روي خواص مكانيكي پليمر اثر معني‌دار ندارد. تصاوير ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) براي ارزيابي توپوگرافي سطح و زبري فيلم‌ها استفاده شد. مطابق اين تصاوير، PLA داراي سطحي صاف با حداقل زبري است، ولي افزودن نانوذرات به ويژه MCC به‌شدت آن را تغيير مي‌دهد. نتايج اين مطالعه خواص خوب و قابل قبول PLA و پتانسيل زياد آن را براي استفاده در صنعت نشان مي‌دهد.

Physical, mechanical and structural properties of poly(lactic acid) (PLA)-based films containing different amounts of nanoclay and cellulose prepared by solvent casting method were examined. Physical properties including thickness, transparency and color did not change significantly with addition of nanoparticles to the polymer matrix. X-Ray diffraction (XRD) patterns showed that pure PLA has a semi-crystalline structure and addition of nanoclay into this polymer would produce more regular structure which results in improved crystallization. It also showed that the peak is shifted to lower degrees, with greater interlayer distance of nanoclay giving an intercalated structure. Because of the nature and particle size of the MCC, it did not interact sufficiently with the polymer. Tensile strength, elastic modulus and elongation-at-break of neat PLA were 27.44 MPa, 1.84 GPa and 24.53% which with the addition of 7% of nanoclay, was changed to 40.34, 2.62 and 10.36°C, respectively. As the results of XRD, MCC were indications of no significant effect on mechanical properties, AFM images were used to evaluate the surface morphology and roughness of PLA films. Neat PLA had smoother surfaces and a lower roughness parameter (Sa). This study indicates that PLA has acceptable properties which could be used for packaging and other applications.