نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

بررسی رفتار حرارتی و خواص دینامیکی- مکانیکی آلیاژ پلی (لاکتیک اسید)/ پلی (کاپرولاکتون) در حضور نانو ذرات مزومتخلخل KIT-6

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
مسعود فعال 1
امیر عباس نجاتبخش 2
داریوش فلاح 3
علی اکبر زارعی یزد 4
1 مرکز تحقیقات گیاهان دارویی، دانشگاه شاهد، تهران، ایران
2 دانشکده ماهشهر ، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، تهران، ایران
3 مجتمع دانشگاهی شیمی و مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
4 دانشکده ماهشهر ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
در سال‌های اخیر تلا‌ش‌های زیادی برای افزایش مقاومت و چقرمه‌سازی پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر پلی‌لاکتیک اسید صورت گرفته است. در این پژوهش، تأثیر پلی­‌کاپرولاکتون (PCL) و ذرات سیلیکاتی متخلخل KIT-6 بر سازگاری و خواص مهندسی آلیاژ پلی‌لاکتیک اسید برای بهبود چقرمگی پلی لاکتیک اسید بررسی شد. برای این منظور نمونه آلیاژهای PLA/PCL و همچنین نانو کامپوزیت‌های PLA/PCL/KIT-6 با روش محلولی تهیه گردید. ساختار، ریخت شناسی، پایداری حرارتی و همچنین رفتار دینامیکی- مکانیکی آن‌ها با روش‌های FT-IR، DMA ، OM، EDX و TGA مطالعه شد. بررسی ریخت‌شناسی به‌دست آمده از تصاویر میکروسکوپ نوری مربوط به سطح نمونه‌ها  نشان می‌دهد که با افزایش مقدار PCL ریخت­شناسی نمونه‌ها از حالت قطره- ماتریس به دو فاز پیوسته تغییر می‌کند و همچنین افزودن ذرات KIT-6 باعث شکسته شدن قطرات و کاهش قابل ‌توجه اندازه قطرات فاز پراکنده در سیستم شد. نتایج به­ دست آمده از آزمون‌های TGA و خواص دینامیکی- مکانیکی نشان داد که افزودنPCL  می‌تواند باعث افزایش پایداری حرارتی و همچنین افزایش چقرمگی و اتلاف در بیشینه منحنی Tan(δ) نانو کامپوزیت‌ها شود. با اضافه کردن PCL به نمونه 15/85 دمای شروع تخریب برای آلیاژ نسبت به PLA خالص به ℃8 بالاتر افزایش یافت. برای نمونه‌های 30/70 و 50/50 نیز به ترتیب ℃13 و  ℃ 16 افزایش دمای شروع تخریب مشاهده شد. همچنین با افزودن KIT-6، پایداری حرارتی و کاهش اتلاف در بیشینه منحنی Tan(δ) نانو کامپوزیت‌ها افزایش یافت.
کلیدواژه‌ها
چقرمگی
پلی‌کاپرولاکتون
پلی‌لاکتیک اسید
KIT-6
خواص حرارتی

موضوعات

[1] Liu Y., Liu G, Li M., He C., Synthesis characterization and hydrolytic degradation of polylactide/poly(ϵ-caprolactone)/nano-silica composites. J. Macromol. Sci. Part A Pure Appl. Chem., 54(11): 813-818 (2017).
[2] Correa-Pacheco ZN., Jiménez-Pérez JL., Sabino MA, Cruz-Orea A., Loaiza M., Photothermal and morphological characterization of PLA/PCL polymer blends. Appl. Phys. A Mater. Sci. Process., 120: 1323-1329 (2015).
[3] Chen Y., Geever L.M., Higginbotham CL., Devine D.M., Analysis of the mechanical properties of solvent cast blends of PLA/PCL. Appl. Mech. Mater., 679: 50-56 (2014).
[4] Jeong H., Rho J., Shin J.Y., Lee D.Y, Hwang T., Kim K.J., Mechanical properties and cytotoxicity of PLA/PCL films. Biomed. Eng. Lett., 8: 267 (2018).
[5] Sessini V., Navarro-Baena I., Arrieta MP., Dominici F., López D., Torre L., Kenny J.M. ,  Dubois P. ,  Raquez J.-M. ,  Peponi L., Effect of the addition of polyester-grafted-cellulose nanocrystals on the shape memory properties of biodegradable PLA/PCL nanocomposites. Polym. Degrad. Stab., 152: 126-138 (2018).
[6] Wachirahuttapong S., Thongpin C., Sombatsompop N., Effect of PCL and Compatibility Contents on the Morphology, Crystallization and Mechanical Properties of PLA/PCL Blends. Energy Procedia, 89: 198-206 (2016).
[7] Damonte G., Barsanti B., Pellis A., Guebitz GM., Monticelli O., On the effective application of star-shaped polycaprolactones with different end functionalities to improve the properties of polylactic acid blend films. Eur. Polym. J., 176: 111402 (2022).
[8] Aliotta L., Gigante V., Geerinck R., Coltelli MB., Lazzeri A., Micromechanical analysis and fracture mechanics of Poly(lactic acid) (PLA)/Polycaprolactone (PCL) binary blends. Polym. Test., 121: 107984 (2023).
[9] Chen Y., Zhao L., Pan H., Jia S, Han L., Dong L., Impact of d-isomer content on the microstructure and mechanical properties of uniaxially pre-stretched poly(lactic acid). Polymer (Guildf)., 186: 122022 (2020).
[10] G. Engler L., Farias NC., S. Crespo J., Gately NM., Major I., Pezzoli R., Devine D.M., Designing Sustainable Polymer Blends: Tailoring Mechanical Properties and Degradation Behaviour in PHB/PLA/PCL Blends in a Seawater Environment. Polymers (Basel)., 15(13): 2874 (2023).
[11] Xiang S., Feng L., Bian X, Zhang B., Sun B., Liu Y., Li G., Chen X., Toughening modification of PLLA with PCL in the presence of PCL-b-PLLA diblock copolymers as compatibilizer. Polym. Adv. Technol. 30(4): 963-972 (2019).
[12] Sibeko MA., Saladino ML., Luyt AS., Caponetti E., Morphology and properties of poly (methyl methacrylate)(PMMA) filled with mesoporous silica (MCM-41) prepared by melt compounding. J. Mater. Sci., 51: 3957-3970 (2016).
[13] Fakhri V., Monem M., Sadeghi G.,Khonakdar H., Goodarzi V., Karimpour N., Impact of poly(ε-caprolactone) on the thermal, dynamic-mechanical and crystallization behavior of polyvinylidene fluoride/poly(ε-caprolactone) blends in the presence of KIT-6 mesoporous particles. Polym. Adv. Technol. 32(11): 4424-4439 (2021).
[14] Urquijo J., Dagréou S., Guerrica-Echevarr ia G., Eguiazábal JI., Structure and properties of poly (lactic acid)/poly (varepsilon-caprolactone) nanocomposites with kinetically induced nanoclay location. J. Appl. Polym. Sci., 133 (2016).
[15] Fang H., Zhang L., Chen A., Wu F., Improvement of Mechanical Property for PLA/TPU Blend by Adding PLA-TPU Copolymers Prepared via In Situ Ring-Opening Polymerization. Polymers (Basel)., 14 (2022).
[16] Rytlewski P., Gohs U., Stepczyńska M., Malinowski R., Karasiewicz T., Moraczewski K., Electron-induced structural changes in flax fiber reinforced PLA/PCL composites, analyzed using the rule of mixtures. Ind. Crops Prod., 188: 115587 (2022).
[17] Gao H., Li J., Li Z., Li Y., Wang X., Jiang J., Li Q., Enhancing interfacial interaction of immiscible PCL/PLA blends by in-situ crosslinking to improve the foamability. Polym. Test., 124: 108063 (2023).
[18] Malinowski R., Mechanical properties of PLA/PCL blends crosslinked by electron beam and TAIC additive. Chem. Phys. Lett., 662: 91-6 (2016).
[19] Dinari M., Mohammadnezhad G., Nabiyan A., Preparation and characterization of nanocomposite materials based on polyamide-6 and modified ordered mesoporous silica KIT-6. J. Appl. Polym. Sci.133 (2016).
[20] Dinari M., Mohammadnezhad G., Soltani R., Fabrication of poly(methyl methacrylate)/silica KIT-6 nanocomposites via in situ polymerization approach and their application for removal of Cu2+ from aqueous solution. RSC Adv., 6: 11419-29 (2016).
[21] Hinestroza HP., Urena-Saborio H., Zurita F., de León AAG., Sundaram G., Sulbarán-Rangel B., Nanocellulose and Polycaprolactone Nanospun Composite Membranes and Their Potential for the Removal of Pollutants from Water. Mol. 25: 683 (2020).
[22] Hosseini Y., Emadi R., Kharaziha M., Doostmohammadi A., Reinforcement of electrospun poly(ε-caprolactone) scaffold using diopside nanopowder to promote biological and physical properties. J. Appl. Polym. Sci., 134(6): (2017).
[23] Sibeko MA., Saladino ML., Luyt AS, Caponetti E., Morphology and properties of poly(methyl methacrylate) (PMMA) filled with mesoporous silica (MCM-41) prepared by melt compounding. J. Mater. Sci., 51: 3957-70 (2016).
[24] Wu., Polymer Interface and Adhesion-Routledge. 2012.
[25] Rao H., Giet S., Yang K, Wu X., Davies CHJ., The influence of processing parameters on aluminium alloy A357 manufactured by Selective Laser Melting. Mater. Des., 109: 33446 (2016).
[26] Kiba S., Suzuki N., Okawauchi Y., Yamauchi Y., Prototype of low thermal expansion materials: Fabrication of mesoporous silica/polymer composites with densely filled polymer inside mesopore space. Chem. - An Asian J. 5(9): 2100-2105 (2010).
[27] López-Rodríguez N., López-Arraiza A., Meaurio E., Sarasua JR., Crystallization, morphology, and mechanical behavior of polylactide/poly(ε-caprolactone) blends. Polym. Eng. Sci., 46: 1299-308 (2006).
[28] Zhang FA., Song C., Yu CL., Effects of preparation methods on the property of PMMA/SBA-15 mesoporous silica composites. J. Polym. Res., 18: 1757-64 (2011).
[29] Niu X., Pei WY., Ma JC., Yang J., Ma JF., Simultaneous electrochemical detection of gallic acid and uric acid with p-tert-butylcalix[4]arene-based coordination polymer/mesoporous carbon composite. Microchim. Acta, 189: 1-9 (2022).
[30] Tighilt FZ., Belhousse S., Rahal A., Hamdani K, Belhaneche N., Sam S., Lasmi K., Mesoporous Silicon/Polypyrrole Based Structures for Paranitrophenol Sensing. Silicon, 14: 4149-4155 (2022).
[31] Wang N., Gao N., Fang Q, Chen E., Compatibilizing effect of mesoporous fillers on the mechanical properties and morphology of polypropylene and polystyrene blend. Mater. Des., 32: 1222-8 (2011).
[32] Wang L., Liu M., Yang F., Wu T., Rao W., Liu Y., Wei C., Yu C., Comparative Study on the Structure, Mechanical, Thermal, and Tribological Properties of PF Composites Reinforced by Different Kinds of Mesoporous Silicas. J. Inorg. Organomet. Polym. Mater., 31: 2939-2948 (2021).