2-6- اصلاح نشاسته توسط واکنش گرهای مختلف45
2-6-1-اپوکسیدها…………………………………………………………………………………………………45
2-6-2-لاکتونهای حلقوی…………………………………………………………………………………………………….49
2-6-3-کربوکسیلیک اسیدها…………………………………………………………………………………………………51
2-6-4-استری کردن با آلکیل هالیدها……………………………………………………………………………………..51
2-6-5-استری کردن با وینیل استرها……………………………………………………………………………………….52
2-6-6-انیدریدها……………………………………………………………………………………………………………….53

فصل سوم: تجربی29
3-1- مواد29
3-2- روش تهیه آمیزهها29
3-3- آزمونها29
3-3-1- اندازه گیری درجه استخلاف62
3-3-2-آزمون تفرق اشعه ایکس با زاویه باز (WXRD)62
3-3-3-آزمون کشش62
3-3-4-آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی63
3-3-5-تجزیه گرمایی مکانیکی- دینامیکی64
3-3-6- طیف سنجی مادون قرمز62
3-3-7-آزمون زیست تخریب پذیری62
فصل چهارم: نتایج و بحث ………………………………………………………………………………………………….66
4-1- بررسی واکنش اصلاح نشاسته……………………………………………………………………………………………….66
4-1-1- طیف سنجی FTIR: …………………………………………………………………………………………….66
4-1-2- اندازه گیری درجه استخلاف MTPS: ……………………………………………………………………70
4-2- بررسی ریز ساختار نشاسته، TPS و MTPS70
4-2-1- الگوی پراش اشعه X…………………………………………………………………………………70
4-3- خواص مکانیکی آمیزهها: ………………………………………………………………………………………………………72
4-3-1- استحکام کششی: …………………………………………………………………………………………………74
4-3-2- مدول یانگ: ………………………………………………………………………………………………………75
4-3-3- ازدیاد طول در پارگی: …………………………………………………………………………………………..76
4-4- مورفولوژی ……………………………………………………………………………………………………………77
4-5- بررسی اثر اصلاح نشاسته بر امتزاج پذیری آمیزههای SEPS-TPS:80
4-5-1- بررسی نتایج آنالیز دینامیکی-مکانیکی………………………………………………………….. 81
4-5-2-میکروسکوپ الکترون پویشی……………………………………………………………………. 85
4-5-3- بررسی امتزاج پذیری آمیزهها با استفاده از مون کشش……………………………………… 87
4-6- بررسی زیست تخریب پذیری آمیزهها در محیط لجن فعال90
4-6-1- اندازهگیری افت وزن نمونهها…………………………………………………..90
5-1- نتیجه گیری…………………………………………………..93
مراجع………………………………………………………95
فهرست شکلها
شکل1- 1- سمت راست: ترکیب فازی پلیمر سخت/ الاستومر و سمت چپ: ترکیب فازی پلیمر سخت/ الاستومر که در آن فاز الاستومری به طور دینامیکی ولکانیزه شده است.5
شکل1- 2-تغییرات مدول خمشی الاستومرهای گرمانرم با دما 6
شکل1- 3- ساختار فازی کوپلیمرهای پیوندی پلی(استایرن-بلاک-الاستومر-بلاک-استایرن).11
شکل1- 4- ساختار شیمیایی انواع مختلفی از الاستومرهای گرمانرم استایرنی14
شکل1- 5- ساختار آمیلوز خطی.17
شکل1- 6- ساختار آمیلوپکتین شاخه دار.18
شکل1- 7- طرح واره ساختار گرانول نشاسته، نمایش آمورف و نیمه بلوری در گرانول(الف)، ساختار داخلی قسمت نیمه بلوری(ب) و تطابق آن با قسمتهای خطی و شاخهای آمیلوپکتین(ج).21
شکل1- 8- انتقالات فازی نشاسته طی فرایند حرارتی و پیرشدگی.26
شکل2- 1مراحل ژلاتینی شدن نشاسته.34
شکل2- 2- طرح واره ی حمله میکروارگانیسم ها به مولکول های قند پیوند خورده به پلی استایرن.37
شکل2- 3- طرح واره ای از عوامل موثر در تخریب پلیمرها.38
شکل2- 4 طیف FTIR فیلم های پلی اتیلن محتوی 3/0 درصد وزنی کبالت استئارات قبل و بعد از آمایش حرارتی و نوری.39
شکل2- 5 در صد افت وزن فیلم های پلی اتیلنی در آزمون تدفین زیر خاک.40
شکل2- 6 تصاویر SEM آمیزه پلی اتیلن با 30 در صد وزنی نشاسته، قبل و بعد از قرار دادن در محیط کشت قار.41
شکل2- 7 هیدروکسی پروپیل کردن نشاسته با پروپیلن اکساید در حضور کاتالیزور بازی.45
شکل2- 8هیدروکسی پروپیل کردن نشاسته با پروپیلن اکساید در غیاب کاتالیزور بازی46
شکل2- 9 واکنش پروپیلن اکساید با نشاسته.47
شکل2- 10 واکنش اصلاح نشاسته و تشکیل نشاسته کاتیونی.48
شکل2- 11 اصلاح شیمیایی نشاسته توسط کاپرولاکتون.49
شکل2- 12واکنش اصلاح نشاسته با فرمیک اسید.50
شکل2- 13 تشکیل نشاسته کر بوکسی متیل شده توسط واکنش با مونو کلرو استاتها51
شکل2- 14 نشاسته اصلاح شده توسط وینیل استات.52
شکل2- 15 واکنش دی استیل شدن نشاسته.52
شکل2- 16 هیدرولیز وینیل استات در حضور کاتالیزور بازی52
شکل2- 17 واکنشهای شیمیایی در طول استری شدن نشاسته با انیدرید غیر حلقوی.53

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

شکل2- 18 الگوی پراش اشعه x برای(a)نشاسته ذرت طبیعی، (b)نشاسته گرمانرم و (c)نشاسته مالئیک شده.54
شکل2- 19 خواص مکانیکی فیلمهایی از آمیزه نشاسته مالئیک شده با پلی بوتیلن ادیپات ترفتالات: (الف)استحکام کششی و (ب)ازدیاد طول در شکست.56
شکل3- 1- پرس گرم58
شکل3- 2- نمایی از دستگاه تفرق اشعه ایکس با زاویه بالا60
شکل3- 3- نمایی از دستگاه کشش61
شکل3- 4- نمایی از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی…………………………………………………………62
شکل4- 1- واکنش احتمالی اصلاح نشاسته توسط مالئیک انیدرید66
شکل4- 2- طیف FTIR مربوط به (الف) نشاسته، (ب) MTPS و (ج) TPS67
شکل4- 3- الگوی پراش اشعه ایکس برای (الف) نشاسته، (ب) TPS و (ج) MTPS69
شکل4- 4- منحنی تنش-کرنش SEPS و آمیزههای با ترکیب درصد مختلف از نشاسته70
شکل4- 5- نمودار استحکام کششی بر حسب درصد نشاسته72
شکل4- 6- نمودار مدول یانگ بر حسب درصد نشاسته73
شکل4- 7- نمودار کرنش تا پارگی بر حسب درصد نشاسته74
شکل4- 8- عکسهای SEM برای (الف)MTPS%10SEPS/، (ب) MTPS%30SEPS/، (ج) MTPS%40SEPS/ و (د) MTPS%50SEPS/76
شکل4- 9 توزیع اندازه فاز MTPS78
شکل4- 10- منحنیهای مدول ذخیره و اتلاف بر حسب دما نمونههای (الف) SEPS، (ب) SEPS/50%TPS و (ج) SEPS/50%MTPS81
شکل4- 11- منحنی Tan? آمیزههای SEPS، SEPS/50%TPS و SEPS/50%MTPS در محدوده دمایی C°120- تا C°15082
شکل4- 12- منحنی تغییرات مدول ذخیره نمونههای SEPS، SEPS/50%TPS و SEPS/50%MTPS با دما83
شکل4- 13- ریزنگار (الف) آمیزه SEPS/10%MTPS، (ب) SEPS/10%TPS، (ج) SEPS/30%MTPS و (د) SEPS/30%TPS84
شکل4- 14- استحکام کششی آمیزههای SEPS/MTPS و SEPS/TPS در مقابل درصد نشاسته86
شکل4- 15- کرنش در شکست آمیزههای SEPS/MTPS و SEPS/TPS در مقابل درصد نشاسته87
شکل4- 16- مدول ذخیره آمیزههای SEPS/MTPS و SEPS/TPS در مقابل درصد نشاسته87
شکل4- 17- درصد افت وزن آمیزههای SEPS/MTPS با زمان در آزمون زیست تخریب پذیری در لجن فعال89
شکل4- 18- درصد افت وزن آمیزههای SEPS/MTPS با درصد MTPS پس از گذشت 60 روز از قرار گرفتن در محیط لجن فعال90
فهرست جدولها
جدول1- 1- خواص کاربردی الاستومرهای گرمانرم.8
جدول1- 2- کاربردهای تجاری و رایج برای الاستومرهای گرمانرم مختلف.9
جدول1- 3- شکل، اندازه، ترکیب شیمیایی و برخی دیگر از خصوصیات نشاسته در منابع گیاهی مختلف.20
جدول1- 4- درصد آمیلوز و آمیلوپکتین در سه نوع نشاسته ذرت، مانیوک و سیب زمینی.27
جدول2- 1- مقایسه خواص پلی هیدروکسی بوتیراتها با پلیمرهای مرسوم.32
جدول2- 2- مقایسه خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرهای زیست تخریب پذیر و مصنوعی.34
جدول2- 3-نتایج مقایسه آزمون کشش قبل و بعد آزمون کشت قارچ.41
جدول3- 1- ترکیب درصد اجزاء در آمیزهها61
جدول4- 1- خواص مکانیکی آمیزهها با ترکیب درصد مختلف از نشاسته73
جدول4- 2- اندازه حفرات MTPS در آمیزههای SEPS/MTPS80
جدول4- 3- دمای انتقال شیشهای SEPS، SEPS/50%TPS و SEPS/50%MTPS.84
جدول4- 4- نتایج آزمون کشش آمیزههای SEPS/MTPS و SEPS/TPS87
جدول4- 5- درصد افت وزن آمیزهها پس از هر دوره ی زمانی مشخص شده در آزمون زیست تخریب پذیری در لجن فعال91
چکیده
امروزه استفاده از نشاسته در صنایع بسته بندی و ساخت محصولات زیست تخریب پذیر اهمیت زیادی پیدا کرده است. در این تحقیق اصلاح شیمیایی نشاسته ذرت طبیعی به منظور بهبود فرآیند پذیری توسط واکنش نشاسته گرمانرم (TPS) با مالئیک انیدرید (MA) در مخلوط کن داخلی صورت گرفت. نشاسته گرمانرم مالئیک دار شده (MTPS) برای تهیه آمیزههای SEPS/MTPS با ترکیب درصدهای 10، 30،40 و50 درصد وزنی از MTPS در مخلوط کن داخلی مورد استفاده قرار گرفت. اصلاح شیمیایی نشاسته با استفاده از آزمون FTIR تایید شد. درجه استخلاف (DS) MTPS نیز با استفاده از تیتراسیون محاسبه گردید. خواص مکانیکی، مورفولوژی، دینامیکی – مکانیکی و زیست تخریب پذیری آمیزههای SEPS/MTPS مورد ارزیابی قرار گرفت و با خواص آمیزههای SEPS/TPS مقایسه شد. اصلاح شیمیایی نشاسته سبب باز شدگی نواحی بلوری MTPS در مقایسه با نشاسته ذرت طبیعی و نفوذ بهتر SEPS در MTPS نسبت به TPS شد. این نتایج به ترتیب توسط آزمونهای الگوی پراش اشعه X (XRD ) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ثابت شد. باز شدگی لایههای بلوری MTPS، بهبود خواص مکانیکی آمیزههای SEPS/MTPS نسبت به SEPS/TPS را نتیجه داد. زیست تخریب پذیری آمیزههای SEPS/MTPS با ترکیب درصدهای 10، 30، 40 و 50 در صد وزنی از MTPS توسط قرار دادن آنها به مدت دو ماه در لجن فعال بررسی شد. نتایج نشان داد در آمیزههایی با درصد MTPS بالای %30 وزنی میزان تخریب آمیزهها به طور قابل توجهی افزایش یافت به طوری که در آمیزه MTPS%50SEPS/ بعد از گذشت 45 روز حدود %47 از نمونه تخریب شد.
فصل اول
مقدمه
در این فصل به تشریح الاستومرهای گرمانرم استایرنی و نشاسته به عنوان دو ماده اصلی به کار رفته در این مطالعه میپردازیم.
الاستومرهای گرمانرم1 (TPE)
الاستومرهای گرمانرم گروهی از کوپلیمرها یا ترکیب فیزیکی از پلیمرها (معمولاً پلاستیک و لاستیک) هستند که از موادی هم با خواص گرمانرمی و هم با خواص لاستیکی تشکیل شده است. الاستومرهای گرمانرم موادی منعطف با مدول پائین هستند که در دمای اتاق قابلیت کشیده شدن حداقل تا دو برابر طول اولیهشان را داشته و بعد از رها شدن تنش نیز به طول تقریبی اصلی خود باز میگردند. مواد TPE علاوه بر استفاده در شکل اولیه خود، به طور گسترده برای اصلاح خواص گرمانرمهای سخت از جمله بهبود استحکام ضربهای آنها نیز به کار میروند. این مسئله برای محصولات به شکل ورق و ترکیبات قالبگیری عمومی کاملاً معمول است. شش نوع اصلی TPE میتواند به دو دسته عمومی کوپلیمرهای دستهای یا ترکیبات الاستومر/ گرمانرم و آمیزهها طبقه بندی شوند. در حال حاضر شش گروه موجود از الاستومرهای گرمانرم تجاری عبارتند از[1]:
کوپلیمرهای دستهای استایرنی2 (SBC)
پلی اولفینهای گرمانرم3 (TPO)
آمیزههای الاستومری که خود به دو دسته، ولکانیزه شده‌های گرمانرم4 (TPV) و لاستیک‌های فرآیندپذیر مذاب5 (MPR) تقسیم بندی میشوند.
پلییورتانهای گرمانرم6 (TPU)
کو پلیاسترها7 (COPE)
کو پلیآمیدها8 (COPA)
اختلاف اساسی بین الاستومرهای گرماسخت9 و الاستومرهای گرمانرم در نوع پیوندهای عرضی موجود در ساختارشان است. در حقیقت اتصالات عرضی یک عامل بسیار مهم ساختاری به حساب میآید که به بهرهمندی از خواص الاستیک بالا کمک میکند. اتصال عرضی در پلیمرهای گرماسخت، پیوندی کووالانس عرضی بین زنجیرهاست که در طول فرآیند ولکانش ایجاد میشود و یا اتصال عرضی در الاستومر گرمانرم، در اثر پیوندی دو قطبی یا هیدروژنی تشکیل میشود و ایجاد پیوند کووالانس در یکی از فازها رخ میدهد[2, 3].
برای این که یک ماده به عنوان الاستومر گرمانرم شناخته شود باید دارای سه ویژگی اساسی باشد:
(الف) قابلیت کشیده شدن تا کرنشهای مناسب و بازگشت به حدود نزدیک به شکل اولیه بعد از حذف تنش.
(ب) قابلیت فرآورش در دمای بالا به صورت مذاب.
(ج) عدم خزش قابل توجه.
الاستومرهای گرمانرم با روشهای مشابهی که برای سایر مواد گرمانرم همچون پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن یا پلی‌وینیل کلراید مورد استفاده قرار می‌گیرند، مثل اکستروژن، قالبگیری تزریقی، قالبگیری فشاری، قالبگیری دمشی و شکل دهی حرارتی10 فرآیند می‌شوند[4]. از طرف دیگر، خواص یک TPE، مشابه با خواص یک لاستیک معمولی همچون لاستیک طبیعی11 (NR)، لاستیک استایرن بوتادین12 (SBR) یا اتیلن پروپیلن دی‌ان منومر13 (EPDM) می باشد.
ساختار فازی[5]
بیشتر مواد TPE اساساً سامانههای دوفازی هستند. معمولاً در دمای محیط، یک فاز سخت است و فاز دیگر الاستومری میباشد. این ترکیب از ویژگیها میتواند با حضور همزمان بخشهای لاستیکی نرم و دارای توانایی بالا برای منبسط شدن که دمای انتقال شیشهای پائینی دارند، و بخشهای سخت با قابلیت بلوری شدن که دارای توانایی کمتری برای منبسط شدن هستند و مقدار Tg بالاتری دارند ایجاد میشود. خواص TPE، کمتر توسط ترکیب شیمیایی آنها و بیشتر توسط رفتار مورفولوژیکی آنها تعیین و مشخص میشود. شکل 1- 1 ترکیب فازی پلیمر سخت/ الاستومر و ترکیب فازی پلیمر سخت/ الاستومر که در آن فاز الاستومری به طور دینامیکی ولکانیزه شده است را نشان میدهد. اغلب فازها به طور شیمیایی از طریق پلیمری شدن دستهای یا پیوندی به یکدیگر متصل میشوند. بخشهای نرم و سخت باید به طور ترمودینامیکی با یکدیگر سازگاری داشته باشند، به صورتی که در یکدیگر نفوذ و رخنه نکنند و به شکل فازهایی مستقل عمل کنند. فاز سخت به TPE استحکام میبخشد و اتصالات عرضی فیزیکی فرآهم میکند. بدون آن فاز الاستومری آزاد خواهد بود تا تحت تنش جریان یابد و ماده فوق عملاً غیر قابل استفاده میباشد. فاز الاستومری، انعطافپذیری و خاصیت ارتجاعی را برای سیستم ایجاد میکند. نسبت وجود بخشهای نرم و سخت، تعیینکننده سختی و مدول الاستیک TPE میباشد. طبیعت شیمیایی قسمتهای نرم روی رفتار کشسان و انعطافپذیری در دمای پائین TPE تأثیر میگذارد. قسمتهای سخت که دارای پیوندهای عرضی فعال هستند، تعیینکننده مقاومت حرارتی، استحکام و رفتار تورمی ماده فوق میباشد.
شکل1- 1- سمت راست: ترکیب فازی پلیمر سخت/ الاستومر و سمت چپ: ترکیب فازی پلیمر سخت/ الاستومر که در آن فاز الاستومری به طور دینامیکی ولکانیزه شده است[6].
در تغییرات مدول خمشی در دامنه وسیعی از دما برای الاستومرهای گرمانرم نشان داده شده است. در این نمودار سه ناحیه مشخص وجود دارد:
در دماهای بسیار پایین که زیر انتقال شیشهای فاز الاستومری است، هر دو فاز سخت و شکننده هستند. بالاتر از دمای Tg، فاز الاستومری نرمتر شده و ماده خاصیت کشسان از خود نشان میدهد و شبیه لاستیک ولکانیزه شده عمل میکند. هنگامی که دما افزایش مییابد، مدول نسبتاً ثابت میماند (ناحیه مسطح)، تا جایی که فاز سخت، نرمتر یا ذوب میشود. در این نقطه ماده مثل یک گرانرو عمل میکند. واضح است که محدوده دمای سرویس دهی بین Tg فاز الاستومری و Tg یا Tm فاز سخت قرار میگیرد. بنابراین اغلب کمترین دمای سرویسدهی بالاتر از Tg الاستومر و بیشترین دمای سرویسدهی، پائینتر از دمای Tg یا Tm فاز سخت خواهد بود.
مزایا و معایب [5]
الاستومرهای گـرمانرم نسبت به الاستومرهای گرمـاسخت متداول دارای مزایایی می‌باشند. از جملـه آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
فرآیندپذیری ساده‌تر همراه با مراحل کمتر. مواد TPE به سادگی گرمانرمها فرآیند میشوند که معمولاً هم کارآمدتر و کم هزینهتر است.
زمان ساخت کوتاهتر و در نتیجه هزینه تمام شده کمتراست. زمان قالبگیری مواد TPE معمولاً با ثانیه اندازه‌گیری شده، در حالی که زمان قالبگیری و ولکانش یک لاستیک گرماسخت با دقیقه تعیین میشود. بنابراین در این حالت بهره‌وری تجهیزات فرآیندی به میزان زیادی بهبود می‌یابد.

شکل1- 2-تغییرات مدول خمشی الاستومرهای گرمانرم با دما [5]
مرحله آمیزه سازی یا وجود ندارد و یا کوتاه است. چرا که اکثر مواد TPE کاملاً آمیزهکاری شده و آماده برای قالبگیری هستند.
امکان استفاده مجـدد از ضایعـات. ضایعـات حاصل از لاستیکهای گرماسخت اغلب قابل استفاده نیست. ولی با آسیاب مجدد ضایعات TPE می‌توان قطعاتی تولیدکرد که دارای خواصی مشابه با ماده اولیه هستند.
مصرف انرژی کمتر به علت چرخه قالبگیری کوتاهتر و فرآیندپذیری آسانتر.
کنترل کیفیت بهتر و رواداری نزدیکتر به قطعه ساخته شده به علت فرمولاسیون و فرآیند سادهتر.
هزینه کنترل کیفیت پائینتر به دلیل تکرار پذیری در تولید و ثبات خواص رزینهای TPE.
از آنجا که بسیاری از الاستومرهای گرمانرم دارای چگالی کمتر از ترکیبات لاستیک های معمولی هستند، اغلب از قیمت تمام شده کمتری برخوردارند.
معایب مواد TPE در مقایسه با مواد لاستیکی معمول عبارتست از:
ذوب شدن در دماهای بالا. این خصیصه ذاتی، کاربرد مواد TPE را برای قرارگیری در معرض دماهای بالاتر از نقطه ذوبشان محدود میکند.
وجود تعدادی محدود از الاستومرهای گرمانرمی که دارای سختی کم هستند. اغلب مواد TPE دارای سختی بالاتر از Shore A60 میباشند.
خشککردن قبل از فرآیند نمودن. این مرحله‌ که تقریباً در فرآیندکردن لاستیک معمولی کاربردی ندارد، قبل از فرآیند الاستومرهای گرمانرم کاملاً متداول است.
خواص [6]
ماهیت مورفولوژی و ساختار مولکولی TPE، عملکرد کلی این مواد را تعریف میکند. یکی از خواص اصلی و مهم برای کارایی و عملکرد TPE، خاصیت کشسانی آن است. مواد با عملکرد بالاتر، مقامت بیشتری در برابر روغن، سیالهای هیدروکربنی و مقاومت در برابر پیرشدگی نشان میدهند. محدوده سختی یکی دیگر از شاخصهای اصلی عملکرد برای الاستومرهای گرمانرم است. محدوده سختی مواد TPE بیش از الاستومرهای گرماسخت است.
مقاومت سایشی در جایی که TPE در معرض اصطکاک قرار دارد حائز اهمیت است. به طور کلی مواد TPE سخت از مقاومت سایشی بهتری برخوردارند. مقاومت سایشی فوق العاده از طریق TPU و COPA حاصل میشود.
شفافیت تنها از طریق تعداد کمی از الاستومرهای گرمانرم مثل کوپلیمرهای دستهای استایرنی و TPU به دست میآید. علاوه بر این TPO نیز میتواند نیمه شفاف و در برخی موارد نزدیک به شفاف باشد. بیشتر الاستومرهای گرمانرم مات هستند.
استحکام کششی و مقاومت در برابر پارگی از موارد کلیدی در بسیاری از کاربردها به حساب میآید. الاستومرهای گرمانرم سخت از مقاومت در برابر پارگی و استحکام کششی بهتری برخوردارند. استحکام کششی و پارگی TPU، COPA و COPE بسیار خوب است.
خواص مقاومت در مقابل نفوذ هوا و اکسیژن برای بسیاری از الاستومرهای گرمانرم نسبتاً مطلوب است. نفوذ گازهایی چون اکسیژن و نیتروژن از میان مواد بسته به ضخامت قطعه و دما چند روز و حتی چند هفته طول میکشد.
الاستومرهای گرمـانرم با ساختار قطبـی، قابلیت اتصـال فوقالعـادهای داشته و با بسیاری از مواد قطبـی میتوانند اتصال خوبی ایجاد کنند. جایی که قطبیت بستر مشابه الاستومر گرمانرم به کار رفته باشد، چسبندگی فوقالعادهای بین دو ماده حاصل میشود. پلی اولفینهای گرمانرم با بسترهای غیرقطبی مثل پلی اتیلن و پلی پروپیلن، سازگاری فوقالعاده دارند. در حالی که الاستومرهای گرماسخت به خاطر داشتن مقاومت خستگی بسیار بالا شناخته شدهاند، الاستومرهای گرمانرم ولکانیزه EPDM/PP مقاومت خستگی بهتری دارند. خواص انواع مختلف الاستومرهای گرمانرم در جدول 1-1 به صورت خلاصه آورده شدهاند.
جدول1- 1- خواص کاربردی الاستومرهای گرمانرم[6].
خاصیت الاستومر گرمانرمSBCTPOTPVTPUCOPEMPRCOPAآب بندی برگشتپذیری بالا در ?C 23 مانایی کم در دمای بالا وزن سبک چسبندگی سطح مقاومت سایشی قابلیت رنگپذیری مقاومت در برابر پیرشدگی حرارتی مقاومت در برابر ازون دمای کاربرد بالا مقاومت در برابر حلال مقاومت در برابر روغن و گریس مقاومت الکتریکی بالا استحکام بالا انعطاف پذیری در دمای پائین
کاربردها
در جایی که لاستیکهای مرسوم نمیتوانند دامنه وسیعی از خواص فیزیکی مورد نیاز در محصولات را پوشش دهند، از الاستومرهای گرمانرم استفاده میشود. این مواد کاربردهای زیادی در بخش خودرو و لوازم خانگی را به خود اختصاص دادهاند. امروزه انواع مختلفی از الاستومرهای گرمانرم در طیف گستردهای از کاربردها مورد استفاده قرار میگیرند که در جدول 1-2 به اختصار به برخی از آنها اشاره شده است.
جدول1- 2- کاربردهای تجاری و رایج برای الاستومرهای گرمانرم مختلف[6].
نوعکاربرد
SBSچسبهای مذاب داغ، چسبهای حساس به فشار، اصلاحکننده پلیمر، دسته مسواک، لوازم آرایشی و کالاهای ورزشی.
SEBS
اتصال الکتریکی، عایق سیم، پوششهای کیسه هوا، واشر، چسبهای مذاب داغ و چسبهای حساس به فشار.
TPOسپر خودرو، ژاکت سیم برق، ضربهگیرها14، تزئینات داخلی خودرو، کالاهای ورزشی و چرخهای زیر صندلی15.
TPV
درزگیرهای پزشکی، درزگیرهای اسفنجی، اتصالات، ضربهگیرها، آببندهای آبیاری، ژاکت و عایق سیم.
MPRمحافظ16 پرکننده سوخت، درزگیر درپوش بنزین، درزگیر یاتاقان، کوپلینگ لولهها، عینک ایمنی، عایق سیم و آب بندهای آبیاری
TPUچسبها، پارچه و فیلمهای تنفسی17، تزئینات خودرو، دستکش و روپوش پزشکی، پوشش شیلنگ هیدرولیک، شیلنگ مارپیچ، ژاکت سیمهای الکتریکی، واشرها، برچسب شناسایی حیوانات، چکمه اسکی، زیره کفش، پوشش کابل، لولههای موجدار18، فیلم و ورق و اتصال دهندههای کابل.
COPEجفت کنندههای گشتاور19، ضربهگیر چفت درب، دیافراگم پمپ، درزگیر درپوش گاز و بنزین، لوله ترمز هوا، صدا گیرها و کالاهای ورزشی.
COPAچسبهای مذاب داغ، اصلاحکننده پلیمر، فیلمهای تنفسی، تجهیزات ورزشی، کفش و درزگیر شیشه خودرو.
کوپلیمرهای دستهای استایرنی
کوپلیمرهای پیوندی استایرنی گروه بزرگی از مواد الاستومر گرمانرم میباشد که بسته به میزان پلیاستایرن از شاخصهای سختی متنوعی برخوردار میباشند. این کوپلیمرها به طور گسترده در ساخت انواع متفاوتی از فیلمها و مواد بسته بندی به کار میرود. این مواد برای اولین بار در سال 1965 به عنوان دستهای از الاستومرهای گرمانرم معرفی شدند. الاستومرهای گرمانرم استایرنی دارای بسیاری از خواص فیزیکی الاستومرهای ولکانیزه شده نظیر نرمی، انعطاف پذیری و چقرمگی میباشد و در نتیجه حضور بخشهای استایرنی سخت و عدم حضور نقاط شبکهای کووالانسی بین زنجیرهای ماکرومولکول از خواص مکانیکی نسبتاً خوبی بهره میبرد. از طرفی میتوان از روشهای مرسوم استفاده شده برای فرایند پلاستیکهای گرمانرم نظیر قالبگیری تزریق و اکستروژن برای فرایند این پلیمرها بهره برد[7].
ساختار
الاستومرهای گرمانرم استایرنی به خاطر ساختارشان دارای خواص پلاستیکهای گرمانرم میباشد. در این پلیمرها ترکیبات چند فازی وجود دارد که فازها توسط کوپلیمریزاسیون پیوندی به صورت شیمیایی پیوند خوردهاند. حداقل یکی از فازها پلیمر استایرن است که در دمای اتاق سخت بوده واما در اثر حرارت به صورت سیال در میآید و فاز دیگر یک ماده نرم است که در دمای اتاق شبه الاستومری میباشد. یکی از ساختارهای مهم این مواد کوپلیمرهای سه تایی خطی با دو پیوند انتهایی استایرن و یک پیوند میانی الاستومر به صورت پلی(استایرن-بلاک-الاستومر-بلاک-استایرن) است[8].
اغلب پلیمرها به خاطر تفاوت انرژی سطحی آنها از نظر ترمودینامیکی با پلیمرهای دیگر ناسازگارند، بنابراین اختلاط پلیمرها با یکدیگر در حالت مذاب اغلب سبب جدایی فازی و تشکیل حداقل دو فاز خواهد شد. در الاستومرهای گرما نرم استایرنی نیز این جدایی فاز با توجه به اینکه پلیاستایرن بخشی از همان مولکول میباشد، رخ میدهد[1].
همانطور که در شکل1-3 مشاهده میشود، بخشهای انتهایی پلیاستایرن مناطق کرهای جداگانهای را تشکیل دادهاند که در فاز پیوسته الاستومری پخش شدهاند. در دمای اتاق مناطق پلیاستایرن سخت به عنوان شبکههای فیزیکی عمل میکنند و زنجیرهای الاستومر را در یک شبکه سه بعدی در کنار هم قرار میدهند. این شبکهها شبیه شبکههای لاستیک ولکانیزه شده که توسط عامل شبکهای کننده20 به صورت شیمیایی تشکیل شدهاند، میباشد. با این تفاوت که فرایند شبکهای شده در لاستیکها برگشت ناپذیر میباشد در صورتی که در الاستومرهای گرمانرم استایرنی مناطق ترموپلاستیک سخت با افزایش گرما یا حل شدن در یک حلال از بین میرود و دوباره در اثر سرد شدن یا تبخیر حلال شبکههای فیزیکی بین مناطق استایرنی و الاستومری تشکیل میشود[9, 10].
شکل1- 3- ساختار فازی کوپلیمرهای پیوندی پلی(استایرن-بلاک-الاستومر-بلاک-استایرن)[10].
کوپلیمرهای پیوندی که دارای ساختاری نظیر پلی(الاستومر-بلاک-استایرن-بلاک-الاستومر) و یا پلی(استایرن-بلاک-الاستومر) میباشند، جزء دسته الاستومرهای گرمانرم قرار نمیگیرند، زیرا هر دو انتهای زنجیر الاستومری آزاد میباشد و در مناطق استایرنی سخت قرار نمیگیردو این کوپلیمرها اغلب خواص پایینی شبیه لاستیکهای ولکانیزه نشده دارند[11].
سنتز و تولید
معمولاً کوپلیمرهای پیوندی استایرنی با ساختار پلی(استایرن-بلاک-الاستومر-بلاک-استایرن) توسط پلیمریزاسیون آنیونی با استفاده از آغازگر آلکیل لیتیم حاصل میشود. پلیمریزاسیون با واکنش مونومر استایرن با آغازگر شروع میشود:
(1)
سپس در مرحله انتشار محصول واکنش 1 به عنوان آغازگر وارد واکنش شده و به مونومرهای استایرن حمله میکند:
(2)
چون محصول واکنش 2 که با S-Li+ نمایش داده میشود میتواند خود به عنوان آغازگر عمل کند و پلیمریزاسیون را ادامه دهد که به عنوان پلیمر زنده21 شناخته میشود. حال اگر مونومر ثانویهای اضافه شود، واکنش زیر اتفاق میافتد:
(3)
محصول واکنش بالا که به اختصار به صورت S-B-Li+ مشخص شده است با مونومر استایرن وارد واکنش شده و S-B-S-Li+ به دست میآید و در نهایت واکنش اختتام در حضور یک الکل انجام میگیرد[12, 13].
S-B-Li+ با عوامل اتصالی نظیر ارگانوهالوژنها، کلروسیلانها، استرها، دیوینیل بنزن واکنش میدهد و محصولاتی خطی یا شاخهای وابسته به نوع عامل اتصال حاصل میشود.
پلیمریزاسیون در غیاب عوامل اختتامی نظیر اکسیژن، کربن دیاکسید یا آب پیش میرود و معمولاً در یک حلال هیدروکربنی خنثی و تحت اتمسفر نیتروژن صورت میگیرد. تحت این شرایط پلیمرهایی با توزیع وزن مولکولی باریک تولید میشود.
پیوند استایرن که در واکنش (1 ) نشان داده شد، توانایی حمله به الاستومرهای متفاوت و تشکیل الاستومرهای گرمانرم مختلفی را دارد، اما الاستومر بوتادین و الاستومر ایزوپرن رایجترین الاستومرهای مورد استفاده میباشند، که به راحتی با استفاده از این فرآیند پلیمریزه میشوند. بنابراین فقط دو کوپلیمر پیوند استایرنی، که عبارتنداز پلی(استایرن-بلاک-بوتادین-بلاک-استایرن) و پلی(استایرن-بلاک-ایزوپرن-بلاک-استایرن) در مقیاس تجاری تولید میشود. در هر دو مورد، بخش الاستومری شامل یک پیوند دوگانه بر هر مولکول از مونومر اصلی میباشد. این پیوند کاملاً واکنشپذیر بوده و پایداری محصول رامحدود میکند. برای بهبود پایداری، با هیدروژنه کردن پیوند دوگانه، محصولاتی جدید با خواصی متفاوت و البته بالاتر از S-B-S و S-I-S به دست میآید. در شکل1-4 ساختارهای مختلف از این الاستومرهای گرمانرم نشان داده میشود[6, 14].
(الف) ساختار یک بلاک استایرن
(ب) استایرن-بوتادین-استایرن
(ج) استایرن-ایزوپرن-استایرن
(د) استایرن-اتیلن بوتیلن-استایرن
شکل1- 4- ساختار شیمیایی انواع مختلفی از الاستومرهای گرمانرم استایرنی[6, 14].
مورفولوژی
مورفولوژی این پلیمرها با استفاده از روش رنگ کردن22 توسط میکروسکوپ الکترونی مورد بررسی قرار گرفته است. تصاویر نشان میدهد که با افزایش مقدار استایرن مورفولوژی فاز پلیاستایرن از کرهای به استوانه تغییر میکند. زمانی که کسر حجمی پلیاستایرن و الاستومر برابر شد، مورفولوژی لایهای غالب میشود. با افزایش مقدار استایرن، رفته رفته فاز پیوسته از پلیاستایرن تشکیل میشود و فاز الاستومری به صورت کرهای و یا استوانه در آن پراکنده میشود[15, 16, 17].
در روش ریختهگری از محلول23 مورفولوژی فیلمها، وابسته به طبیعت حلال میباشد. برای مثال اگر از حلال خوبی برای بخشهای پلیاستایرن استفاده شود، فاز پلیاستایرن پیوسته تشکیل میشود. زمانی که حلال تبخیر شد، محصولات نسبتاً سفت و غیر قابل انعطاف میشود. در طرف مقابل، حلال خوب برای بخشهای الاستومری موجب تشکیل فاز پلیاستایرن پخش شده میشود و در نتیجه محصولاتی نرمتر و با جهندگی بیشتر حاصل خواهد شد[18, 19].
همه این کوپلیمرهای پیوندی به ویژه آنهایی که دارای فاز پلیاستایرن پیوسته میباشند، رفتار نرم شدگی تنش24 را از خود نشان میدهد. نرم شدگی تنش به این معناست: زمانی که پلیمر به زیر ازدیاد طول نهایی25 کشیده میشود و سپس طی زمانی منقبض شده و دوباره تحت کشش قرار میگیرد، نرمی بیشتری را در طول دومین کشش از خود نشان میدهد. این رفتار مشابه اثر مولینس26 در الاستومرهای ولکانیزه شده رایج میباشد و دلیل آن شکست فاز پلیاستایرن پیوسته در طول کشش و تشکیل محیطهای پلیاستایرن مجزا میباشد[20].
وزن مولکولی بحرانی برای تشکیل محیطها
مخلوط دو جزء در صورتی کاملاً امتزاج پذیرند که انرژی آزاد اختلاط (?Gm) آنها منفی باشد. بنابراین در صورتی که انرژی آزاد اختلاط مثبت باشد، جدایی فازی رخ میدهد و در مورد کوپلیمرهای پیوندی محیطها تشکیل میشوند. انرژی آزاد از معادله زیر محاسبه میگردد:
?Gm=?Hm-T?Sm
?Hm و ?Sm به ترتیب آنتالپی و آنتروپی اختلاط و T دمای اختلاط میباشد. به دلیل اینکه هیچ گروههایی با برهمکنش قوی وجود ندارد، ?Hm مثبت میباشد. هر چه ساختار دو پلیمری که بخشها را تشکیل میدهند شباهت کمتری به هم داشته باشند آنتالپی اختلاط افزایش پیدا میکنند. دما و آنتروپی اختلاط همیشه مثبت هستند، با این حال زمانی که وزن مولکولی بخشها زیاد باشد و یا دما کم باشد به صفر میل میکند. بنابراین محیطها در این الاستومرهای گرمانرم به سه دلیل تشکیل میشوند[10].
(الف) درجه بالای تفاوت ساختاری بین بخشها
(ب) وزن مولکولی بالای بین بخشها
(ج) دمای پایین
نشاسته
پلی ساکارید نشاسته، ذخیره غذایی اصلی گیاهان است و از طریق فتوسنتز در گیاهان تولید می شود[21]. نشاسته در گیاهان به صورت گرانولهایی در ابعاد و اشکال مختلف حضور دارد.استخراج نشاسته از منابع گیاهی مختلف انجام میگیرد و امروزه از نشاسته برای کاربردهای غذایی و غیر غذایی به وفور استفاده میشود. تولید جهانی نشاسته در سال 2004، 60 میلیون تن گزارش شده است. مهمترین منابع نشاسته عبارتند از غلات (از جمله ذرت، گندم و برنج) و گیاهان غدهای نظیر سیب زمینی، کاساوا27 و اوروت28. تقریباً 83% تولید جهانی نشاسته از ذرت تأمین میشود و پس از آن منابع تولید نشاسته عبارتند از گندم (7%)، سیب زمینی (6%) و مانیوک (4%)[22].
تجدید پذیری منابع تولید نشاسته، دسترسی آسان، سهولت تولید و قیمت پایین و تجزیه کامل در طی فرایند کمپوست باعث شده است که در طی سالهای اخیر تولید و استفاده از بیوپلیمرهای نشاستهای به عنوان جایگزینی برای پلیمرهای سنتزی حاصل از مشتقات نفتی بسیار مورد توجه قرار گیرد. نشاسته در محیطهای مختلف آبی و خاکی کاملاً زیست تخریب پذیر است. از تجزیه طبیعی نشاسته آب و دیاکسید کربن تولید میشود. بنابراین نشاسته نه تنها آلودگی زیست محیطی بر جای نمیگذارد بلکه با تولید دیاکسیدکربن میتواند دوباره وارد چرخه طبیعت شود و در فتوسنتز گیاهان شرکت کند[23].
ترکیب و ساختار نشاسته
نشاسته پلیمری متشکل از مولکولهای گلوکز است و از دو نوع مولکول پلیمری تشکیل شده است: پلیمر خطی و فاقد شاخه موسوم به آمیلوز و پلیمر دارای شاخه موسوم به آمیلوپکتین. معمولاً حدود 80-75 درصد نشاسته را آمیلوپکتین و بقیه آن را آمیلوز تشکیل میدهد.اما در انواعی از نشاسته ممکن است نسبتهای کاملاً متفاوتی از این دو نوع مولکول مشاهده شود. در نشاستههای مومی مقادیر آمیلوز ناچیز است و تقریباً تمامی نشاسته از آمیلوپکتین تشکیل شده است. در برخی از نشاستهها نیز مقادیر آمیلوز بسیار بالاست. به طور کلی نسبت وجود دو آنزیم که سازنده اتصالهای (4?1)? و (6?1)? در گیاهان هستند تعیین کننده نسبت یا میزان آمیلوز به آمیلوپکتین در نشاسته آن گیاه میباشد.
آمیلوز مولکول خطی است که در آن واحدهای گلوکز با پیوند (4?1)? به یکدیگر متصل شدهاند. وزن مولکولی آمیلوز بین 105 – 106 g/mol متغیر است[24].
در مولکول آمیلوپکتین معمولاً بعد از 8-7 واحد گلوکز یک شاخه وجود دارد که از 30-20 واحد گلوکز تشکیل شده است. در زنجیر اصلی اتصال واحدهای گلوکز به صورت (4?1)? بوده و در محل شاخهای شدن به صورت (6?1)? میباشد. وزن مولکولی آمیلوپکتین 108-106 g/mol است[25].شکل 1-5 ترکیب شیمیایی و نوع پیوندها در مولکول آمیلوز و شکل 1-6 آمیلوپکتین را نشان میدهد. زنجیره مولکولی آمیلوز حالت مارپیچ یا هلیکس داردکه هر دور آن از شش مولکول گلوکز تشکیل شده است. در آمیلوپکتین که حالت شاخهای دارد در هرکدام از شاخهها نیز حالت مارپیچ میتواندایجاد شود[26].
شکل1- 5- ساختار آمیلوز خطی[26].
شکل1- 6- ساختار آمیلوپکتین شاخه دار[26].
نشاسته در بافتهای گیاهی به صورت دانههایی جدا از هم یا گرانول وجود دارد که قطر آنها از 2 – µ100 م متغیر میباشد. خصوصیات این گرانولها در گیاهان مختلف متفاوت است. این گرانولها از لحاظ شکل ممکن است به صورتهای کروی، بیضی و یا چند وجهی باشند.بزرگترین گرانولها مربوط به سیب زمینی و کوچکترین آنها مربوط به برنج میباشد.جدول 1-3 شکل، اندازه، ترکیب شیمیایی و برخی از خصوصیات نشاسته را در منابع گیاهی مختلف نشان میدهد[27]. گرانولهای نشاسته دانههایی نیمه بلوری میباشند. بسته به منبع نشاسته ممکن است 15 تا %45 ساختار نشاسته به صورت بلوری باشد[28]. زنجیرهای جانبی آمیلوپکتین با درجه پلیمریزاسیون بین 15 و 18 با یکدیگر تشکیل پیوند داده و ایجاد حالت مارپیچ دوگانه میکنند و این ساختار است که مسئول ایجاد حالت بلوری در گرانول نشاسته میباشد[29]. مولکولهای آمیلوز نیز در ترکیب با همدیگر و یا در اتصال با مولکولهای اسیدهای چرب میتوانند به صورت بلوری در آیند و در افزایش حالت بلوری نشاسته نقش داشته باشند[30].به طور کلی در یک گرانول نشاسته دو ناحیه مجزا قابل تشخیص است. قسمت آمورف و قسمت نیمه بلوری که در خود قسمت نیمه بلوری، ایجاد پیوند بین زنجیرهای جانبی آمیلوپکتین و همچنین حضور مولکولهای آمیلوز مسئول ایجاد حالت بلوری و زنجیرهای اصلی و بدون شاخه آمیلوپکتین و همچنین زنجیرهای جانبی کوتاهتر آمیلوپکتین مسئول ایجاد حالت آمورف میباشند (شکل 1-7)[30].
بلورهای نشاسته براساس نحوه آرایش زنجیرها و میزان فشردگی بین آنها، به 4 نوع مختلف طبقه بندی میشوند[28]:
بلور نوع A: که بیشتر در نشاسته غلات (نظیر گندم و ذرت) مشاهده میشود.
بلور نوع B: که بیشتر در نشاسته گیاهان غدهای (به ویژه سیب زمینی) یافت میشود.
بلور نوع C: که ترکیبی از بلورهای نوع A و B بوده و در انواع نشاستهها در مقادیر کم یافت میشود.
بلور نوع V: حاصل تشکیل کمپلکس بین ترکیبات لیپیدی و زنجیرهای آمیلوز میباشد. این نوع بلور، در نشاستههای طبیعی به ندرت مشاهده میشود و تنها درنشاستههای برخی از غلات که دارای اسید چرب یا مونوگلیسیرید هستند یافت میشود.
شایان ذکر است که همه انواع بلورها قابلیت تبدیل به یکدیگر را دارند و در شرایط مختلف ممکن است انواع خاصی از آنها تشکیل شود. به عنوان مثال، در طی فرایند رتروگراداسیون یا برگشت، صرفنظر از نوع منبع نشاسته، قسمت اعظم بلورهای تشکیل شده، از نوع B خواهد بود.
نوع بلور نشاسته در هر گیاه، به طول زنجیرهای آمیلوز و درجه هیدراسیون بستگی دارد[28]. زنجیرهای آمیلوز با درجه پلیمریزاسیون کمتر از 10، قادر به تشکیل بلور نیستند در حالیکه اگر زنجیرهای آمیلوز دارای درجه پلیمریزاسیون بین 10 تا 12 باشند، بلور نوع A و اگر دارای درجه پلیمریزاسیون بیشتر از 12 باشند، بلور نوع B تشکیل خواهد شد.
عامل دوم یعنی درجه هیدراسیون نیز از اهمیت زیادی در نوع بلور تشکیل شده برخوردار است. در شرایط آزمایشگاهی، تشکیل بلور نوع B، در آب خالص و در دمای پایین امکان پذیر است. اما برای تشکیل بلور نوع A، شرایط دهیدراسیون نظیر استفاده از الکل، نمک و یا افزایش دما مورد نیاز است. به همین دلیل است که در گیاهان مختلف، نوع بلورها متفاوت میباشد. در گیاهان غدهای که در شرایط آب و هوایی خنک و مرطوب رشد میکنند، بلور نوع B تشکیل میشود اما در غلات که در شرایط محیطی گرم و خشک رشد میکنند (و درجه هیدراسیون نشاسته در آنها پایین است)، شرایط برای تشکیل بلور نوع A مساعدتر است. فشردگی زنجیرها در بلور نوع A بیشتر از نوع B میباشد. در نوع B، فضاهای آزاد بین زنجیرها زیاد بوده و مولکولهای آب زیادی میتوانند در فضای بین زنجیرها قرار گیرند. اما این فضاهای خالی در بلور نوع A وجود ندارد[30] .
جدول1- 3- شکل، اندازه، ترکیب شیمیایی و برخی دیگر از خصوصیات نشاسته در منابع گیاهی مختلف[27].
آمیلوزآمیلوپکتینشکلقطر(µm)میزان(%)درجه پلیمریزاسیونثابت اتصال یدیدرجه پلیمریزاسیون بخش شاخهایگندمچندوجهی38-231-26210020-19ذرتچندوجهی25-528940905/026-25ذرت مومیچندوجهی1-022-20جوعدسی وار5-229-22185026برنجچندوجهی8-332-14591/0سورگومچندوجهی، کروی24-434-21سیب زمینیبیضوی100-1523320058/024
شکل1- 7- طرح واره ساختار گرانول نشاسته، نمایش آمورف و نیمه بلوری در گرانول(الف)، ساختار داخلی قسمت نیمه بلوری(ب) و تطابق آن با قسمتهای خطی و شاخهای آمیلوپکتین(ج)[30].
کاربرد نشاسته در تولید زیست پلاستیکها
نشاسته در سه شکل زیر برای تولید زیست پلاستیکها مورد استفاده قرار گرفته است:
(الف) به عنوان ماده پرکننده: در این حالت، گرانولهای اصلی و ژلاتینه نشده (حدود 5-20%وزنی) با پلیمرهای سنتزی (مانند پلی اتیلن یا پلی پروپیلن) مخلوط میشود ولی برهمکنشهای قوی بین آنها صورت نمیگیرد. مصرف نشاسته توسط میکروارگانیسمها باعث افزایش تخلخل، تشکیل حفرات و در نتیجه کاهش یکپارچگی بستر پلیمر میشود. این نوع پلاستیک، اولین نوع پلاستیکهای نشاستهای مورد استفاده در صنایع بسته بندی بوده است و محصولات حاصل کاملاً زیست تخریب پذیر نیستند. برای افزایش سرعت تجزیه این نوع مواد بسته بندی از موادی نظیر پروکسیدانها که فرایند اکسیداسیون نوری و حرارتی را کاتالیز میکنند استفاده میشود[31].
(ب) به عنوان یک پلیمر ترکیب شونده: در این شکل، نشاسته نرم شده و ژلاتینه شده با یک پلیمر سنتزی و معمولاً آبدوست مانند پلیاسترها مخلوط یا اکسترود میشود. پلیاسترهای آلیفاتیک مانند پلیکاپرولاکتون، پلیلاکتیک اسید، پلیوینیل الکل، پلیهیدروکسی بوتیرات و استات سلولز میتوانند با نشاسته ترموپلاستیک بخوبی ترکیب شوند. کامپوزیتهای پلیمری حاصل معمولاً خواص مکانیکی و بازدارندگی در برابر بخار آب بهتری نسبت به پلیمر نشاسته عاری از پلیاستر خواهد داشت[32].
(ج) کوپلیمریزاسیون پیوندی: در این روش در فرآیند اکستروژن بین زنجیرهای نشاسته گرمانرم و پلیمر سنتزی پیوندهای کووالانسی به جای پیوندهای ضعیف ایجاد میشود. پلیمتیل متاکریلات رایجترین پلیمر سنتزی برای اینکار بوده است ولی زیست تخریب پذیر نیست.
(د) به عنوان یک پلیمر منفرد: محصول حاصل معمولاً خواص مکانیکی ضعیفتر و بازدارندگی کمتری در برابر بخار آب خواهد داشت. نشاسته خشک ترموپلاستیک نیست و بنابراین در خطوط تولید پلیمرهای سنتزی قابل فرایند نمیباشد. ترموپلاستیک کردن نشاسته، با تخریب گرانولها، افزودن نرم کننده و فرایند برش همراه با حرارات طی فرایند اکستروژن انجام میشود. اعمال تیمار حرارتی 120 تا °C220 و نیروی برش مکانیکی موجب تغییرات زیر در نشاسته میشود[33]:
پاره شدن گرانولها
شکستن پیوندهای هیدروژنی
واپلیمریزاسیون نسبی در اثر شکستن پیوندهای کوالانسی بین واحدهای گلوکز
کاهش خصوصیات بلوری و تشکیل نشاسته ترموپلاستیک (TPS)
نشاسته میتواند برای تولید محصولات پلاستیکی زیر بکار رود:
فوم: کاربرد اصلی نشاسته ترموپلاستیک استفاده از آن به جای پلیاستایرن برای تولید فوم میباشد.
فیلم: روش ریخته گری یا اکستروژن دمشی رایجترین روش بوده و برای تولید محصولاتی نظیر کیسههای زباله و فیلمهای چند لایه بکار میرود.
ورق صاف: که به روش اکستروژن غلتکی تولید شده و سپس برای تولید محصولاتی مانند سینی، گلدان و غیره مورد استفاده قرار میگیرد.

دسته بندی : پایان نامه ها

پاسخ دهید