خواص فيلم نانوكامپوزيت پلي(لاكتيك اسيد) حاوي نانوالياف سلولوز اصلاح شده

Properties of Poly(lactic acid) Nanocomposite Film Containing Modified Cellulose Nanofibers

در اين پژوهش، فيلم نانوكامپوزيت پلي(لاكتيك اسيد) (PLA) حاوي نانوالياف سلولوز (CNF)، با استفاده از روش ريخته‌گري محلول (روش قالب گيري) تهيه شد. براي بهبود سازگاري و اختلاط پذيري با پليمر، CNF با اولييك اسيد وارد واكنش شده و اصلاح شد. نانوالياف سلولوز اصلاح شده (MCNF)، قطبيت و ماهيت بلوري كمتري نسبت به CNF طبيعي نشان داند. در ادامه، MCNF به تركيب فيلم PLA اضافه شده و اثر آن بر خواص شيمي- فيزيكي پليمر بررسي شد. شكل‌شناسي سطحي فيلم‌ها با استفاده از آزمون ميكروسكوپ نيروي اتمي نشان داد، با افزايش مقدار نانوالياف، زبري سطحي فيلم‌ها افزايش مي‌يابد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني پويشي تهيه شده از سطح شكست فيلم‌ها، تاييدكننده‌ پراكنش مطلوب و يكنواخت MCNF در غلظت‌هاي كم است. درحالي‌كه در غلظت ??%، نانوالياف در داخل شبكه پليمر تجمع يافته و تشكيل كلوخه دادند. نتايج آزمون DSC نشان داد، دماي ذوب فيلم‌هاي نانوكامپوزيت به‌طور معناداري بيشتر از فيلم PLA خالص است. همچنين با افزايش مقدار MCNF، درجه بلورينگي فيلم‌ها نيز افزايش يافت. آزمون پراش پرتو X نيز تاييد كرد} با افزايش مقدار نانوالياف، درصد تبلور فيلم PLA افزايش مي‌يابد. در غلظت ?% MCNF، استحكام كششي و مدول يانگ فيلم نانوكامپوزيت به ترتيب تا ? و ?/? برابر مقادير آن در فيلم PLA خالص افزايش يافت. اين نتايج مطلوب را مي‌توان به اثر اصلاح سطحي و درنتيجه پراكنش مطلوب نانوالياف در شبكه فيلم PLA نسبت داد. هرچند كه در غلظت‌هاي بيشتر (??%)، MCNF به حالت انبوهه درمي‌آيد.

Cellulose nanofibers (CNF)-reinforced poly(lactic acid) (PLA) nanocomposite was prepared by casting method. In order to improve the compatibility and miscibility of the whole system with respect to PLA matrix, CNFs were treated with oleic acid. The resulting modified nanofibers (MCNF) exhibited reduced polarity and crystalline structure as compared with unmodified CNF. These MCNF were subsequently introduced into a PLA polymeric matrix and the effect of nanofiller on physicochemical properties of the nanocomposites was studied. Surface morphologies of PLA films studied by atomic force microscopy and it was revealed that the surface roughness of nanocomposites increased by increasing the nanofiber content. The morphology of fracture surface, evaluated by scanning electron microscopy, confirmed the uniform dispersion of MCNF at low levels. However, a higher level of MCNF (12 wt%) led to less dispersion uniformity and more agglomeration of the nanofibers. The thermal analysis by differential scanning calorimetry showed that the melting temperature of the PLA-MCNF nanocomposites was significantly higher than that of pure PLA film. Also, the degree of crystallinity increased with an increase in MCNF content. X ray diffraction patterns confirmed that the addition of MCNF resulted in increased crystalline structure in PLA matrix. At MCNF content of 12 wt%, the tensile strength and Young’s modulus of the nanocomposites increased by 2.5 and 2 folds than those of pure PLA films, respectively. These improvements were primarily attributed to the effect of surface modification and uniform dispersion of the MCNF in the PLA matrix. However, the MCNF formed aggregates in the higher loading levels (12 wt %).