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

10.22060/mej.2019.15791.6204

چکیده

در این تحقیق کامپوزیت‌های پلی‌استایرن معمولی و نشاسته طی فرآیند اختلاط مذاب در یک اکسترودر دو پیچه همسوگرد در نسبت‌های مختلف نشاسته و گلیسیرول تهیه شده است. جهت ارزیابی خواص مقاومت ضربه و دمایی کامپوزیت‌ها، از آزمون‌های مقاومت ضربه Izod، شاخص جریان مذاب (MFI) و دمای نرم شدگی وایکات (Vicat) استفاده شد. برای بررسی برهمکنش بین اجزاء کامپوزیت‌ها، پایداری حرارتی و فرآیند تخریب، نمونه تحت آنالیز وزن‌سنجی گرمایی قرار گرفتند. در نهایت، جهت بررسی خواص زیست‌تخریب‌پذیری، نمونه‌ها به مدت 12 هفته در زیر خاک دفن شدند و تغییرات وزن آنها طی دوره‌های دو هفته‌ای اندازه‌گیری شد. نتایج تخریب زیستی و آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان دادند که سرعت تخریب نمونه‌ها علاوه بر اینکه به درصد نشاسته موجود در کامپوزیت‌ها بستگی دارد، به کیفیت پخش ذرات نشاسته نیز وابسته است. در صورت پخش یکنواخت نشاسته در ماتریس پلی‌استایرن معمولی، دسترسی میکرواورگانیسم‌ها به نشاسته محدود خواهد شد و سرعت تخریب کاهش خواهد یافت. نتایج آزمون آیزود با ناچ عدم وابستگی مقاومت ضربه نمونه‌ها به درصد نشاسته را نشان داد. به علت کاهش مراکز تجمع تنش، پخش یکنواخت نشاسته در ماتریس نیز موجب افزایش مقاومت ضربه در آزمون آیزود با ناچ گردید. آزمون شاخص جریان مذاب نشان داد که افزودن نشاسته و گلیسرول به پلی‌استایرن معمولی به ترتیب منجر به افزایش و کاهش ویسکوزیته مذاب نمونه‌ها می‌شود. بررسی نسبت گلیسرول به نشاسته در نتایج بدست آمده نشان داد که در یک مقدار بهینه از پلاستی‌سایزر، برهمکنش بین اجزاء کامپوزیت به نحوی است که بهترین حالت پخش ذرات نشاسته در ماتریس پلی‌استایرن حاصل می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Preparation of polystyrene - starch composite by melt extrusion method 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]

Conventional plastics has a large impact in increasing the environment’s pollution. That’s why the interest has turned towards novel partially and completely biodegradable polymers. In this work, composites of polystyrene and starch with glycerol as plasticizer and compatibilizer were prepared in different ratios of starch and glycerol by melt mixing in twin screw extruder. To study the biodegradation properties, samples were buried in soil for 12 weeks and their weight changes were measured during two-week periods. Besides, the structure of prepared composites was studied using SEM analysis. To evaluate the impact strength and thermal properties of composites, we used Izod impact strength test, MFI (Melt Flow Index) and Vicat softening temperature tests. To examine the interaction between composite elements, thermal stability and degradation process, the samples were subjected to analysis using TGA. Biodegradation results and SEM analysis showed that the rate of biodegradation not only starch present in composites but also depends on the quality of starch particles 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. MFI test showed that addition of starch and glycerol leads to respectively increase and decrease in composites’ viscosity. Study of starch/glycerol ratio in obtained results showed that in an optimal amount of plasticizer, interaction between the composite components is in conditions that the best mode of starch particles dispersion is achieved in polystyrene matrix.

کلیدواژه‌ها [English]

  • General Purpose Polystyrene
  • Biodegradable Polymer Composite
  • Starch
  • Glycerol