Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

EFFECT OF CELLULOSE/NANOSILICA HYBRID FILLER ON PROPERTIES OF POLY(LACTIC ACID) COMPOSITES

Year (A.D.)

2017

Document Type

Thesis

First Advisor

กาวี ศรีกูลกิจ

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

ปิโตรเคมีและวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์

DOI

10.58837/CHULA.THE.2017.1042

Abstract

งานวิจัยนี้เริ่มต้นด้วยการเตรียมตัวเติมไฮบริดเซลลูโลส/นาโนซิลิกาที่ดัดแปรพื้นผิวด้วยสารดัดแปรเฮกซะเดซิลไตรเมทอกซีไซเลนผ่านปฏิกิริยาไซเลไนเซชันเพื่อให้มีสภาพผิวเป็นไฮโดรโฟบิก โดยใช้อัตราส่วนของตัวเติมเซลลูโลส/นาโนซิลิกา : สารดัดแปรเท่ากับ 1 : 1 และ 1 : 0.25 โดยน้ำหนัก จากนั้นเตรียมมาสเตอร์แบทช์ของพอลิแล็กทิกแอซิดคอมพอสิตด้วยตัวเติมไฮบริดดัดแปรที่เตรียมได้ปริมาณร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก ด้วยเครื่องอัดรีดแบบเกลียวคู่ จากนั้นนำมาสเตอร์แบทช์ที่เตรียมได้ไปผสมกับพอลิแล็กทิกแอซิดแบบหลอมเหลวอีกครั้งเพื่อลดปริมาณตัวเติมไฮบริดเซลลูโลส/นาโนซิลิกาดัดแปรในพอลิแล็กทิกแอซิดให้เหลือร้อยละ 1, 3 และ 5 โดยน้ำหนัก ด้วยเครื่องอัดรีดแบบเกลียวคู่ที่ใช้อุณหภูมิภายในบาเรลล์จากโซนป้อนถึงหัวดายเท่ากับ 195/190/180/165/150 องศาเซลเซียส จากนั้นขึ้นรูปชิ้นงานพอลิแล็กทิกแอซิดคอมพอสิตด้วยเครื่องฉีดแบบสำหรับทดสอบสมบัติเชิงกลและการย่อยสลายทางชีวภาพ จากการทดสอบ พบว่า พอลิแล็กทิกแอซิดคอมพอสิตที่เตรียมจากตัวเติมไฮบริดดัดแปรด้วย 2 ระบบ ปริมาณร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก มีความทนแรงกระแทกเพิ่มขึ้นร้อยละ 3.1 และ 3.0 และมีความทนแรงดึงเพิ่มขึ้นร้อยละ 6.9 และลดลงร้อยละ 1.6 เมื่อใช้ตัวเติมเซลลูโลส : สารดัดแปร 1 : 1 และ 1 : 0.25 ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับพอลิแล็กทิกแอซิดบริสุทธิ์ อย่างไรก็ตาม พอลิแล็กทิกแอซิดคอมพอสิตที่ใส่ตัวเติมไฮบริดเซลลูโลส/นาโนซิลิกาดัดแปรร้อยละ 1, 3 และ 5 โดยน้ำหนัก มีสมบัติเชิงกลต่ำกว่าคอมพอสิตที่ใส่ไฮบริดเซลลูโลส/นาโนซิลิกาดัดแปรร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก ทั้งนี้เนื่องจากการแตกสลายของพอลิแล็กทิกแอซิดในส่วนผสมมาสเตอร์แบทช์เมื่อได้รับความร้อน 2 ครั้ง ขณะที่มาสเตอร์แบทช์ถูกนำไปฉีดขึ้นรูปโดยตรง ตัวเติมไฮบริดเซลลูโลส/นาโนซิลิกาดัดแปรร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก จึงสามารถเสริมแรงให้กับพอลิแล็กทิกแอซิด และส่งเสริมการเร่งย่อยสลายของพอลิแล็กทิกแอซิดคอมพอสิตภายใต้สภาวะการฝังดินด้วยกลไกการดูดซึมน้ำ เพื่อนำพาจุลินทรีย์เข้าไปย่อยสลายเซลลูโลสได้เป็นกรดแล็กทิก และซิลิกาจะปลดปล่อยกรดไซลิซิก กรดที่เกิดขึ้นจะเร่งการสลายตัวของพอลิแล็กทิกแอซิดผ่านกลไกไฮโดรไลติก ไฮโดรลิซิส จึงทำให้คอมพอสิตสลายตัวได้เร็วกว่าพอลิแล็กทิกบริสุทธิ์

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

In this research, cellulose/nanosilica hybrid filler (CF) was first hydrophobically modified by hexadecyltrimethoxysilane (HDTMS) using CF : HDTMS weight ratios of 1 : 1 and 1 : 0.25 through silanization reaction. Masterbatch of poly(lactic acid) (PLA) containing 10 wt% modified CF was then prepared using a twin screw extruder. Thereafter, the obtained masterbatch was melt mixed with PLA to dilute the modified CF content in composite to 1, 3 and 5 wt% by the twin screw extruder (temperature profile of barrels from feed zone to die was 150/165/180/190/195 ºC, followed by sample preparation for mechanical and biodegradable testing using an injection molding machine. The results showed that the PLA composites with 10 wt% CF modified fillers in all case exhibited higher impact strength by 3.1 and 3.0%, respectively, and higher tensile strength by 6.9 % and lower tensile strength by 1.6% for CF 1 : HDTMS 1 and CF 1 : HDTMS 0.25, respectively, when compared to the pure PLA. However, the composites with lower loadings of modified fillers (1, 3 and 5 wt%) exhibited lower mechanical properties than 10 wt% fillers. This was due to the repeating thermal degradation of the PLA in masterbatch, resulting from twice melt-mixing. In case of 10 wt% modified CF composites, the masterbatch was subject to injection molding in one step process, resulting in an improvement in mechanical properties of PLA composites due to a reinforcing effect of composite fillers. The addition of cellulose/SiO2 composite was found to enhance biodegradation of PLA though water absorption capability of PLA composite. Water acted as a carrier for microorganism to consume cellulose and then produce lactic acid. In the presence of lactic acid, PLA underwent hydrolytic hydrolysis degradation which was much faster when compared to enzymatic hydrolysis. In addition, SiO2 released silicic acid under acidic condition which provides synergistic effect on PLA degradation. As a result, burial testing results showed that PLA composite’s weight loss was much pronounced when compared to neat PLA.

Share

COinS
 
 

To view the content in your browser, please download Adobe Reader or, alternately,
you may Download the file to your hard drive.

NOTE: The latest versions of Adobe Reader do not support viewing PDF files within Firefox on Mac OS and if you are using a modern (Intel) Mac, there is no official plugin for viewing PDF files within the browser window.