پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده مذاب­های پلیمری رفتار آسودگی از تنش مرتبط با ساختار مولکولی پلیمرها را، در پاسخ به تغییر شکل اعمال شده نشان می­دهند. هدف از این تحقیق، بررسی و مطالعه­ی رفتار رئولوژیکی پلیمرهای شاخه­دار و اثر شاخه در جریان ویسکوالاستیک خطی و غیرخطی برای استفاده در کاربردهای مختلف صنعتی است. برای این منظور از آزمون­های رئولوژیکی نظیر روبش بسامد و کشش برای دو پلی­اتیلن سبک (LDPE) با شاخه­های بلند استفاده شده است. از این آزمون­ها مدول­های ذخیره و اتلاف، گرانروی پیچیده و گرانروی کششی بدست می­آید. همچنین در این راستا می­توان از مدل­های مولکولی در نواحی ویسکوالاستیک غیرخطی استفاده کرد. آزمون­های ویسکوالاستیک خطی تا حدودی حضور شاخه در LDPE را می­توانند نشان دهند، در حالی که آزمون­های ویسکوالاستیک غیرخطی برای نمونه شاخه­دار رفتار سخت­شوندگی در برابر کرنش نشان می­دهند. یکی از مدل­های کارآمد برای پلیمرهای شاخه­دار مدل پام-پام چند حالته (Multimode Pom-Pom, MPP) است که از آن در پیش­بینی پدیده­ی سخت­شوندگی در برابر کرنش در جریان­های کششی می­توان استفاده کرد. در این تحقیق با استفاده از این مدل متوسط تعداد شاخه­های جانبی نیز محاسبه شده است.

چکیده افزایش ضایعات پلاستیکی صنعت بسته­ بندی و نگرانی­ ها درباره­ ی مشکلات زیست محیطی آن­ ها، استفاده از زیست ­پلیمرها را مورد توجه محققان بسیاری قرار داده است. بنابراین تهیه فیلم­ های زیست­ تخریب ­پذیر ارزان با خواص مطلوب، به منظور استفاده در صنعت بسته ­بندی می­تواند چالشی جذاب تلقی شود.
در پژوهش حاضر آمیخته­ هایی سه­ تایی بر پایه پلی ­لاکتیک اسید (Poly (Lactic Acid), PLA) بر مبنای طراحی آزمایش (روش مخلوط) تهیه شد. بدین منظور، ابتدا نشاسته ترموپلاستیک (Thermoplastic Starch, TPS) با استفاده از 28 درصد وزنی سوربیتول (Sorbitol) و 14 درصد وزنی گلیسرول (Glycerol) تهیه شد. سپس با استفاده از روش اختلاط مذاب (Melt Mixing)، آمیخته ­ها­ی سه­ تایی پلی­ لاکتیک اسید/ پلی­ کاپرولاکتون (Poly (Caprolactone), PCL)/ نشاسته ترموپلاستیک در ترکیب درصدهای مختلف تهیه شدند. آزمون­ های مورفولوژیکی، فیزیکی (کشش و تراوایی بخار آب)، زیست­ تخریب ­پذیری و هم­چنین رئولوژیکی بر روی نمونه­ ها انجام شد. در پایان نمونه ­ی بهینه با استفاده از نرم­ افزار Minitab تعیین شد.
با بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترون روبشی، ناسازگاری و جدایی فازی در آمیخته­ ها مشاهده شد. با افزایش مقادیر PCL و TPS، به ترتیب افزایش انعطاف­ پذیری به دلیل اثر نرم­ کنندگی (Plasticization Effect) PCL و کاهش خواص مکانیکی مشاهده شد. نتایج آزمون عبورپذیری نشان داد که نمونه­ های حاوی مقادیر کمتر از TPS، به ­دلیل ماهیت آب­ دوستی، و بیشتر از PCL، به ­دلیل افزایش بلورینگی زمینه، دارای تراوایی بخار آب کمتری بودند. هم­چنین تأثیر TPS در آزمون زیست­ تخریب­ پذیری کاملاً مشخص شد، بدین­ گونه که نمونه­ ی حاوی 35 درصد وزنی TPS، حدود 50 درصد از وزن خود را در مدت 14 هفته از دست داد. در انتها نمونه­ ی 25/25/50 (PLA/PCL/TPS) به­ عنوان نمونه­ ی بهینه توسط نرم ­افزار Minitab انتخاب شد. نتایج نشان دادند که فیلم­ های فرمول ­بندی شده در این تحقیق قابلیت استفاده در مواد بسته­ بندی زیست­ تخریب ­پذیر با خواص مکانیکی و سدگری مناسب را دارند.