بررسي خصوصيات مكانيكي و تجزيه‌پذيري بيوپلاستيك تهيه شده از سلولز كاه و الياف خرما

Investigating the mechanical properties and degradability of bioplastics made from wheat straw cellulose and date palm fiber

در دو دهه اخير استفاده از بيوپلاستيك‌ها در صنايع مختلف به‏عنوان جايگزين پلاستيك‌هاي معمولي مورد توجه قرار گرفته است. از نظر كاربري، خصوصيات مكانيكي و تجزيه پذيري بيوپلاستيك‌ها از اهميت ويژه‌اي برخوردار هستند. در اين پژوهش، سلولز كاه گندم به نسبت‌هاي با گليسرول مختلف مخلوط و پس قرار دادن در يك قالب با الياف خرما تحكيم داده شدند. با قرار دادن هر قالب در دستگاه پرس هيدروليكي و حرارت دهي همزمان، صفحات بيوپلاستيك مورد نظر تهيه شدند. آزمايش‌ها بر اساس طرح فاكتويل 3×3 انجام و تاثير درصد وزني سلولز در سه سطح 50%، 60% و 70% و تحكيم دهي با الياف در سه وضعيت الياف شبكه‌اي، رشته‌اي و بدون الياف بر استحكام كششي و خمشي، مدول الاستيك كششي و خمشي و كرنش كششي بيوپلاستيك‌ها مورد ارزيابي قرار گرفت. تجزيه واريانس داده‌ها نشان داد كه وضعيت تحكيم درصد وزني سلولز، و اثر متقابل اين دو عامل بر تمام خصوصيات مكانيكي ذكر شده معني دار بود (05/0 = ?). بيشترين استحكام كششي و خمشي مربوط به اضافه كردن 50% وزني سلولز و در حالت تحكيم‌دهي شبكه‌اي و به‏ترتيب MPa 02/1992 و MPa 71/28 به‏دست آمد. همچنين بيشترين مدول كششي و خمشي در حالت اضافه كردن 70% وزني سلولز و تحكيم يافته رشته‌اي (در حالت كششي MPa 4/40 و در حالت خمشي MPa 3/2 مشاهده شد. بررسي روند تجزيه پذيري بيوپلاستيك‌ها با قرار دادن نمونه‌هايي از آن‌ها در شكمبه‌ي يك گوسفند فيسوله‌گذاري نشان داد كه با افزايش درصد وزني سلولز، ميزان تجزيه پذيري نمونه‌ها كاهش مي‌يابد. پس از گذشت 48 ساعت بيشترين ميزان تجزيه‌پذيري مربوط به نمونه‌هاي50% وزني سلولز بود كه به طور ميانگين به مقدار 74% تجزيه شدند. روند تجزيه پذيري با استفاده از رابطه رياضي مدل سازي شد كه اين مدل به‏خوبي در داده هاي آزمايشگاهي برازش شد (R2=0.97).

During the past two decades, the use of bioplastics as an alternative to regular plastics has received much attention in many different industries. The mechanical and degradable properties of bioplastic are important for their utilization. In this research cellulose of wheat straw and glycerol were mixed by different weight ratios and then reinforced by using date palm fibers. To prepare the bioplastic plates, the materials were poured in molds and pressed by means of a hydraulic press and simultaneously heating of the molds. The experiments were performed based on a 3×3 factorial design with three levels: 50%, 60% and 70% of wheat cellulose and three types of reinforcement methods, namely: no-reinforcement, network reinforcement and parallel string reinforcement. The effect of the two factors on tensile strength, tensile strain, bending strength, modulus of elasticity and modulus of bending were investigated. The results indicated that the two factors and their interactions had significant effects on the mentioned properties of bioplastics (at ?=0.05 level) . The comparison of the means of the tests showed that the network reinforcement type with 50% cellulose had the highest tensile and bending strengths with 1992.02 and 28.71 MPa, respectively. The maximum modulus of elasticity and modulus bending were 40.4 and 2.3 MPa, respectively for parallel string arrangement and 70% of cellulose. The degradability tests of bioplastic using a fistulated sheep indicated that with increasing the percentage of cellulose, the degradability rate deceased. The maximum degradability rate, after 48 h holding in the sheep rumen, was 74% that belonged to bioplastics with 50% cellulose. The degradability data were well fitted to a mathematical model (R2=0.97).