تهیه کامپوزیت پلی‌‌استایرن - نشاسته به روش اکستروژن مذاب و ارزیابی خواص مکانیکی، حرارتی و زیست تخریب‌پذیری آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 تبریز-مهندسی شیمی

2 29 Bahman Blvd.

3 مجتمع پتروشیمی تبریز

چکیده

در این تحقیق کامپوزیت‌های پلی‌استایرن معمولی و نشاسته به همراه گلیسیرول به عنوان پلاستی سایزر طی فرآیند اختلاط مذاب در یک اکسترودر دو پیچه در نسبت‌های مختلف نشاسته و گلیسیرول تهیه شدند. جهت ارزیابی خواص مقاومت ضربه و دمایی کامپوزیت‌ها، از آزمون‌های مقاومت ضربه آیزود، شاخص جریان مذاب و دمای نرم‌شدگی وایکات استفاده شد. همچنین، برای بررسی برهمکنش بین اجزاء کامپوزیت‌ها، از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی و برای بررسی پایداری حرارتی و فرآیند تخریب، نمونه‌های تهیه شده تحت آنالیز وزن‌سنجی گرمایی قرار گرفتند. در نهایت، جهت بررسی خواص زیست تخریب پذیری، نمونه‌ها به مدت 12 هفته در زیر خاک دفن شده و تغییرات وزن آنها طی دوره‌های دو هفته‌ای اندازه‌گیری شد. آزمون شاخص جریان مذاب نشان داد که افزودن نشاسته و گلیسرول به پلی‌استایرن به ترتیب منجر به افزایش و کاهش ویسکوزیته مذاب نمونه‌ها می‌شود. نتایج تخریب زیستی و آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان دادند که سرعت تخریب نمونه‌ها علاوه بر مقدار درصد وزنی نشاسته موجود در کامپوزیت‌ها، به کیفیت پخش ذرات نشاسته نیز وابسته است. در صورت پخش یکنواخت نشاسته در ماتریس پلی‌استایرن معمولی، دسترسی میکرواورگانیسم‌ها به نشاسته محدود شده و سرعت تخریب کاهش می‌یابد. نتایج آزمون آیزود با ناچ عدم وابستگی مقاومت ضربه نمونه‌ها به درصد نشاسته را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Preparation of Polystyrene-Starch Composite by Melt Extrusion and Evaluation of its Mechanical, Thermal Biodegradation Properties

نویسندگان [English]

  • Seyed Jamaledin Peighambarsoust 1
  • Hossein Heshmat Ebrahim Hesari 2
  • Abolfazl Shenavar 3
1 تبریز-مهندسی شیمی
2 University of Tabriz
3 کارشناس ارشد بخش تحقیق و توسعه، مجتمع پتروشیمی تبریز
چکیده [English]

In this work, composites of general-purpose polystyrene and corn starch with glycerol as a plasticizer were prepared in different ratios of starch and glycerol by melt mixing in the twinscrew extruder. The structure of prepared composites was studied using scanning electron microscopy analysis. Also, to evaluate the impact strength and thermal properties of composites, we used Izod impact strength test, melt flow index and Vicat softening temperature tests. Besides, to examine the interaction between composite elements, thermal stability, and degradation process, the samples were subjected to analysis using thermogravimetric analysis. Finally, to study the biodegradation properties, composite samples were buried in soil for 12 weeks and their weight changes were measured during two week periods. Biodegradation results and scanning electron microscopy analysis showed that the rate of biodegradation not only starch present in composites but also depends on the quality of starch particle dispersion. Notched Izod test showed the independence of samples impact strength to starch present. Due to the reduction of stress accumulation points, homogeneous dispersion of starch in the matrix leads to increase impact strength in unnotched Izod test. Melt flow index test showed that addition of starch and glycerol leads to respectively increase and decrease in composites’ viscosity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • General Purpose Polystyrene؛ Starch
  • composite
  • extrusion-Melt
  • Biodegradation
[1] A. Ashamol R.R.N. Sailaja, Mechanical, thermal, and biodegradation studies of polystyrene--phthalated starch blends using epoxy functionalized compatibilizer, Journal of Applied Polymer Science, 125(1) (2012) 313-326.
[2] D. Schlemmer, E.R. de Oliveira, M.J.A. Sales, Polystyrene/thermoplastic starch blends with different plasticizers, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 87(3) (2007) 635638.
[3] R. Smith, Biodegradable polymers for industrial applications, CRC Press, 2005.
[4] H. Tian, Z. Tang, X. Zhuang, X. Chen, X. Jing, Biodegradable synthetic polymers: Preparation, functionalization and biomedical application, Progress in Plymer Science, 37(2) (2012) 237-280.
[5] K. Leja, G. Lewandowicz, Polymer biodegradation and biodegradable polymers - a review, Polish Journal of Environmental Studies, 19 (2010) 255-266.
[6] N. Lucas, C. Bienaime, C. Belloy, M. Queneudec, F. Silvestre, J.E. Nava-Saucedo, Polymer biodegradation: Mechanisms and estimation techniques - a review, Chemosphere 73(4) (2008) 429-442.
[7] G.E. Luckachan, C.K.S. Pillai, Biodegradable polymers - a review on recent trends and emerging perspectives, Journal of Polymers and the Environmet, 19(3) (2011) 637–676.
[8]  P. Forssell, J. Mikkilä, T. Suortti, J. Seppälä, K. Poutanen, Plasticization of barley starch with glycerol and water, Journal of Macromolecular Science, Part A : Pure and Applied Chemistry, 33(5) (1996) 703-715.
[9] D. Schlemmer, M.J.A. Sales, I.S. Resck, Degradation   of         different          polystyrene/ thermoplastic starch blends buried in soil, Carbohydrte Polymers, 75(1) (2009) 58–62.
[10]M. Mihai, M.A. Huneault, B.D. Favis, Foaming of polystyrene/thermoplastic starch blends, Journal of Cellular Plastics, 43(3) (2007) 215-236.
[11]A. Mahmoudi Yayshahri, S.J. Peighambardoust, A. Shenavar, Impact, thermal and biodegradation properties of high impact polystyrene/corn starch blends processed via melt extrusion,  Polyolefins  Journal,  6(2)  (2019) 151-158.
[12]L. Yu, K. Dean, L. Li, Polymer blends and composites from renewable resources, Progress in Plymer Science, 31(6) (2006) 576-602.
[13]I. Journals, Effect of Starch on Mechanical, Electrical, Physical, Thermal Properties and Photo/Bio-Degradation of Hips - Starch Blend, 2014.
[14]R. Brown, Handbook of polymer testing: physical methods, CRC Press, 1999.
[15]J. Peerapattana, P. Phuvarit, V. Srijesdaruk, D. Preechagoon A. Tattawasart, Pregelatinized glutinous rice starch as a sustained release agent for tablet preparations, Carbohydrate Polymers 80(2) (2010) 453-459.
[16]C.I.R. Oliveira, F.R. Cunha, C.T. Andrade, Evaluation of biodegradability of different blends of polystyrene and starch buried in soil, Macromolecular Symposia, 290(1) (2010) 115-120.
[17]I. Vroman, L. Tighzert, Biodegradable polymers, Materials (Basel), 2(2) (2009) 307-344.