تبلور و شكل‌شناسي نانوكامپوزيت‌هاي برپايه پلي‌لاكتيك اسيد - گرافن: اثر عامل‌داركردن نانوذرات

Crystallization and Morphology of Nanocomposites Based on Poly(lactic acid)/Graphene Nanoplatelets: Effect of Nanoparticle Functionalization

تبلور نانوكامپوزيت‌هاي برپايه پليمرهاي نيمه‌بلوري در بسياري از كاربردها نقش اساسي ايفا مي‌كند. در اين مطالعه، نانوكامپوزيت‌هاي برپايه پلي‌لاكتيك اسيد شامل 5/0 و 1 درصد وزني گرافن به روش محلولي با استفاده از حلال دي‌متيل فرماميد (DMF) ساخته شدند. براي پخش بهتر و داشتن برهم‌كنش مناسب نانوذرات با پايه پليمري، گرافن‌ها با اسيد اصلاح شدند و گروه‌هاي هيدروكسيل و كربوكسيل روي آنها نشانده شد. پس از مرحله اكسايش، از واكنش كلرداركردن براي نشاندن گروه‌هاي كلر روي ذرات گرافن استفاده شد. واكنش اصلاح سطح ذرات گرافن به روش‌هاي طيف‌سنجي زيرقرمز تبديل فوريه، تجزيه عنصري و گرماوزن‌سنجي رديابي شد. شكل‌شناسي نانو‌كامپوزيت‌ها با ميكروسكوپ الكتروني پويشي انجام شد. رفتار تبلور به روش ناهم‌دما و هم‌دما در دماهاي 115، 120، 125 و 130?C با گرماسنجي پويشي تفاضلي بررسي و اثر عامل‌داركردن نانوذرات گرافن روي اين رفتار مطالعه شد. ريزنگارهاي SEM از نانوكامپوزيت‌ها، توزيع و پراكندگي بهتر نانو‌ذرات عامل?دارشده را در ماتريس پليمري نشان مي‌دهد. نمونه‌هاي حاوي نانو‌ذرات اصلاح شده و پيوند‌خورده با زنجير‌هاي پليمري، قابليت تبلور بيشتري در مقايسه با نمونه‌هاي حاوي گرافن‌هاي خالص پيدا كردند. با افزايش دما در بررسي رفتار تبلور به‌روش هم‌دما، زمان شروع تبلور (tonset) كاهش مي‌يابد كه اين موضوع مي‌تواند به تحرك زنجيرهاي نانو‌كامپوزيت‌ها مربوط باشد. به‌نظر مي‌رسد، با افزايش نانوذرات عامل‌دار‌شده تشكيل بلورهاي B راحت‌تر بوده و در دمانگاشت‌ها مشخص‌تر است.

Crystallization behavior of nanocomposite based on semicrystalline polymers and graphene nanoplatelets (GNp) has been considered due to its critical effect on the performance of the final product. In this study, nanocomposite based on poly(lactic acid)/graphene nanoplatelets (PLA/GNp, 0.5 and 1 wt%) was prepared via solution method using dimethylformamide as a solvent. PLA has the largest contribution in the current biopolymer research. To present time, it is well accepted that nanoparticles would be recognized as efficient heterogeneous nucleating agents for various semicrystalline polymers. To improve the dispersion of graphene in the matrix, functionalization using acid treatment and acylation reaction was accomplished. Characterization of functionalization reaction and grafting reaction between PLA and functionalized graphene (FGNp) was tracked by Fourier transform infrared spectroscopy, elemental analysis, and thermogravimetry analysis. Scanning electron microscopy results demonstrated that a relatively fine dispersion of FGNp is achieved in the PLLA matrix. Non-isothermal and isothermal crystallization behavior was studied using differential scanning calorimetry. The isothermal tests were conducted at test temperatures 130°C, 125°C, 120°C and 115°C. The results indicated that crystallization percentage for the samples containing FGNp nanoparticles were higher than those of pristine-containing samples. With increase of temperature in isothermal test onset time for crystallization decreased due to higher mobility of polymeric chains in the samples. It seems that the presence of functionalized nanoparticles facilitated formation of B format of crystals.