ریزساختار و خواص مکانیکی و گرمایی زیست نانوکامپوزیت های بر پایه پلی (لاکتیک اسید)-پلی کاپرولاکتون-گرافن

فرضیه: 

پلی (لاکتیک اسید) (PLA) در میان انواع زیست پلاستیک ها با توجه به برخورداری از خواص مطلوب شامل استحکام کششی و مدول کشسانی (سفتی) زیاد، قابلیت رقابت با پلیمرهای پایه نفتی را دارد. از معایب اصلی این زیست پلیمر شکنندگی در برخی کاربردهای عملی مانند بسته بندی و نساجی است که استفاده از آن را محدود کرده است. یکی از راه های برقراری توازن بین سفتی و چقرمگی پلی(لاکتیک اسید)، آمیخته سازی آن با زیست پلاستیک های انعطاف پذیر مانند پلی کاپروکاپتون ها (PCL) و افزودن نانوذراتی مانند گرافن است.

در این مطالعه، نانوکامپوزیت هایی بر پایه پلی(لاکتیک اسید)-پلی کاپرولاکتون-گرافن طی فرایند اختلاط مذاب با مخلوط کن داخلی با روش خوراک دهی مستقیم تهیه شدند. در همه نمونه ها نسبت وزنی فاز پراکنده پلی کاپرولاکتون به فاز ماتریس پلی(لاکتیک اسید) 30 به 70 انتخاب شد و از سه درصد وزنی مختلف نانو گرافن (0.5، 1 و 2) استفاده شد. در نهایت، برای بررسی ریزساختار، شکل شناسی، خواص مکانیکی و گرمایی به ترتیب از آزمون های ریومتری (RMS)، طیف سنجی مکانیکی پویشی، پراش پرتو X، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM)، کشش و گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC) استفاده شد.

نتایج پراش پرتو X نشان داد، نانوذرات گرافن دارای پخش شدگی مناسبی درون ماتریس پلیمری هستند. تصاویر SEM نیز نشان داد، افزودن نانوذرات گرافن به نمونه PLA/PCL به کاهش اندازه قطره های PCL منجر شده است. نتایج آزمون گران روکشسانی مذاب خطی نشان داد، مدول ذخیره و گران روی مختلط در بسامد  0.1 برای نمونه PLA/PCL دارای %2 وزنی نانوذره گرافن به ترتیب به مقدار 200 و %400 بیشتر از نمونه پرنشده است که حاکی از تشکیل شبکه سه بعدی و پراکنش مناسب نانوذره در ماتریس پلیمر است. نتایج آزمون کشش نشان داد، با افزودن %2 وزنی نانوذره گرافن به نمونه PLA/PCL مدول کشسانی، استحکام کششی و کرنش در شکست به ترتیب 63/126، 48/80 و %36/97 افزایش یافته است. نتایج آزمون گرمایی نیز نشان داد، افزودن نانوگرافن و نیز PCL به پلیمر PLA سبب اثر هسته زایی و ایجاد مراکز هسته گذاری فعال می شود و درصد بلورینگی فاز PLA افزایش می یابد. اما، اثرگذاری PCL در این پژوهش در این زمینه مشهودتر از نانوگرافن بود.