ผลกระทบของแคลเซียมคาร์บอเนตต่อสมบัติทางความร้อนและสมบัติทางกลของวัสดุเชิงประกอบชีวภาพพีแอลเอ/พีบีเอทีที่ผ่านการขึ้นรูปซ้ำ Effect of Calcium Carbonate on Thermal Properties and Mechanical Properties of Reprocessed PLA/PBAT Biocomposite
##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Abstract
พอลิเมอร์ผสม PLA/PBAT (ชื่อทางการค้า Ecovio) เป็นพลาสติกที่สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติโดยมีสมบัติเป็นพลาสติกชีวภาพที่มีความแข็งแรงและความเหนียว แต่การขึ้นรูปด้วยความร้อนซ้ำจะส่งผลให้สมบัติของผลิตภัณฑ์พลาสติกเปลี่ยนแปลงไป ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงสนใจที่จะศึกษาผลของการเติมแคลเซียมคาร์บอเนตต่อสมบัติทางความร้อนและสมบัติทางกลของพลาสติกชีวภาพ Ecovio ที่ผ่านการขึ้นรูปซ้ำ ซึ่งจากการศึกษาด้วยเทคนิค melt flow index, DSC, TGA, การทดสอบแรงดึง และ การทดสอบแรงกระแทก พบว่า การขึ้นรูปซ้ำด้วยกระบวนการอัดรีดเป็นจำนวน 3 ครั้ง ส่งผลให้พลาสติกชีวภาพ Ecovio มีค่าดัชนีการไหลเพิ่มขึ้น อัตราการตกผลึกและการหลอมผลึกเพิ่มขึ้น ในขณะที่เสถียรภาพทางความร้อนลดลง เมื่อศึกษาผลของการเติมแคลเซียมคาร์บอเนต พบว่า การเติมแคลเซียมคาร์บอเนตส่งผลให้มี Tc, Tcc และ Tm เพิ่มขึ้นในขณะที่เสถียรภาพทางความร้อนลดลง ในด้านสมบัติทางกล พบว่า ค่าความทนทานต่อแรงกระแทก และความทนทานต่อแรงดึง มีค่าลดลงอย่างชัดเจนตามปริมาณการเติมแคลเซียมคาร์บอเนตที่เพิ่มมากขึ้นเนื่องจากการมีแรงยึดเหนียวระหว่างผิวที่ไม่ดีระหว่างแคลเซียมคาร์บอเนตและ Ecovio ซึ่งแสดงให้เห็นได้จากผลการทดสอบ SEM นอกจากนี้การเติมแคลเซียมคาร์บอเนตในปริมาณที่มากขึ้น ยังส่งผลให้ค่าดัชนีการไหลของ Ecovio ลดลง สำหรับผลของการเติมแคลเซียมคาร์บอเนตลงใน Ecovio และผ่านการขึ้นรูปซ้ำ พบว่าสมบัติทางความร้อนและทางกลคล้ายคลึงกับ Ecovio ที่ไม่ผ่านการขึ้นรูปซ้ำ
คำสำคัญ: วัสดุเชิงประกอบชีวภาพ แคลเซียมคาร์บอเนต การขึ้นรูปซ้ำ สมบัติทางความร้อน สมบัติทางกล
The blend of PLA/PBAT (commercial name is Ecovio) is a biodegradable plastic which has high strength and toughness. However, the properties of plastic are typically changed when it was reprocessed. Therefore, this research interested in investigating the effect of calcium carbonate on thermal properties and mechanical properties of reprocessed Ecovio. In this study, Ecovio and Ecovio-CaCO3 compound were reprocessed in a twin-screws extruder by three processing cycles. Melt flow index, DSC, TGA, tensile and impact testing were studied. With raising the number of the extrusion cycles, the melt flow index, the rate of crystallization and the rate of melting clearly increased but the thermal stability slightly diminished. Ecovio and reprocessed Ecovio were reinforced by calcium carbonate particles through melt compounding. Higher Tc, Tcc and Tm were found in reprocessed composite but the melt flow index and the thermal stability of the reprocessed composites were lower than neat Ecovio. With the increasing of calcium carbonate particles, tensile strength and impact strength clearly diminished. The changes in mechanical properties were caused by the low interfacial adhesion between calcium carbonate and Ecovio that was confirmed by SEM. The properties of the reprocessed composites were similar to the first processing of neat Ecovio that was fabricated without reprocessing.
Keywords: Biocomposite, Calcium carbonate, Reprocess, Thermal properties, Mechanical properties
References
Chan, C. M., Wu, J., Li, J. X., & Cheung, Y. K. (2002). Polypropylene/calcium carbonate nanocomposites. Polymer, 43(10), 2981-2992.
Chanda, M., & Roy, S. K. (2006). Plastic Technology Hanbook. Boca Raton: CRC Press Taylor & Francis Group.
Diaz, A., Katsarava, R., & Puiggali, J. (2014). Synthesis, Properties and Applications of Biodegradable Polymers Derived from Diols and Dicarboxylic Acids: From Polyesters to Poly (ester amide) s.
Int. J. Mol. Sci., 15(5), 7064-7123.
Edenbaum, J. (1992). Plastics Additives and Modifiers Handbook. New York: Van Nostrand Reinhold.
Fuad, M. Y. A., Hanim, H., Zarina, R., Ishak, Z. M., & Hassan, A. (2010). Polypropylene/calcium carbonate nanocomposites–effects of processing techniques and maleated polypropylene compatibiliser. eXPRESS Polymer Letters, 4(10), 611-620.
Homklin, R., & Hongsriphan, N. (2013). Mechanical and thermal properties of PLA/PBS co-continuous blends adding nucleating agent. Energy Procedia, 34, 871-879.
Hongsriphan, N., Burirat, T., Niratsungnern, P., & Trongteng, S. (2013). Influence of calcium carbonate nanoparticles on mechanical behavior of poly (lactic acid)/poly (butylene succinate) blend. Journal of Metals, Materials and Minerals, 23(1), 41-47.
Jang, W. Y., Shin, B. Y., Lee, T. J., & Narayan, R. (2007). Thermal properties and morphology of biodegradable PLA/starch compatibilized blends. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 13(3), 457-464.
Jiang, L., Lam, Y. C., Tam, K. C., Chua, T. H., Sim, G. W., & Ang, L. S. (2005). Strengthening acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) with nano-sized and micron-sized calcium carbonate. Polymer, 46(1), 243-252.
Jiang, L., Wolcott, M. P., & Zhang, J. (2006). Study of biodegradable polylactide/poly (butylene adipate-co-terephthalate) lends. Biomacromolecules, 7(1), 199-207.
Jiang, L., Zhang, J., & Wolcott, M. P. (2007). Comparison of polylactide/nano-sized calcium carbonate and polylactide/montmorillonite composites: reinforcing effects and toughening mechanisms. Polymer, 48(26), 7632-7644.
Joseph, S., Deenadayalan, E., & Mahanwar, P. A. (2015). Studies on Melt Processable Biocomposites of Polylactic Acid. Journal of Polymers and the Environment, 23(3), 321-333.
Kim, H. S., Park, B. H., Choi, J. H., & Yoon, J. S. (2008). Mechanical properties and thermal stability of poly (L‐lactide)/calcium carbonate composites. Journal of applied polymer science, 109(5), 3087-3092.
Lam, T. D., Hoang, T. V., Quang, D. T., & Kim, J. S. (2009). Effect of nanosized and surface-modified precipitated calcium carbonate on properties of CaCO 3/polypropylene nanocomposites. Materials Science and Engineering: A, 501(1), 87-93.
Le Marec, P. E., Ferry, L., Quantin, J. C., Bénézet, J. C., Bonfils, F., Guilbert, S., & Bergeret, A. (2014). Influence of melt processing conditions on poly (lactic acid) degradation: molar mass distribution and crystallization. Polymer Degradation and Stability, 110, 353-363.
Liang, J. Z., Tang, C. Y., Zhou, L., He, L., & Tsui, C. P. (2011). Melt density and flow property of PDLLA/nano-CaCO 3 bio-composites. Composites Part B: Engineering, 42(7), 1897-1900.
Mitrus, M., Wojtowicz, A., & Moscicki, L. (2009). Biodegradable Polymers and Their Practical Utility. Thermoplastic Starch, 1-33.
Nguyen, D. T. (2004). Injection Molding Scrap Reduction: A Study in the Relationships of Plastics Processing Method. (Doctoral dissertation). Management Technology Science, The Graduate College, University of Wisconsin.
Nurdina, A. K., Mariatti, M., & Samayamutthirian, P. (2009). Effect of single‐mineral filler and hybrid‐mineral filler additives on the properties of polypropylene composites. Journal of Vinyl and Additive Technology, 15(1), 20-28.
Orozco, V. H., Brostow, W., Chonkaew, W., & Lopez, B. L. (2009). Preparation and characterization of poly (Lactic acid)‐g‐maleic anhydride+ starch blends. Macromolecular symposia, 277(1), 69-80.
Ronkay, F. (2013). Effect of recycling on the rheological, mechanical and optical properties of polycarbonate. Acta Polytechnica Hungarica, 10(1), 209-220.
Rungruang, P., Grady, B. P., & Supaphol, P. (2006). Surface-modified calcium carbonate particles by admicellar polymerization to be used as filler for isotactic polypropylene. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 275(1), 114-125.
Saeidlou, S., Huneault, M. A., Li, H., & Park, C. B. (2012). Poly (lactic acid) crystallization. Progress in Polymer Science, 37(12), 1657-1677.
Shi, X., Zhang, G., Siligardi, C., Ori, G., & Lazzeri, A. (2015). Comparison of precipitated calcium carbonate/polylactic acid and halloysite/polylactic acid nanocomposites. Journal of Nanomaterials, 16(1), 67.
Siegenthaler, K. O., Kunkel, A., Skupin, G., & Yamamoto, M. (2011). Ecoflex® and Ecovio®: Biodegradable, Performance- Enabling Plastics.
Adv Polym Sci, 245, 91–136.
Signori, F., Coltelli, M. B., & Bronco, S. (2009). Thermal degradation of poly (lactic acid) (PLA) and poly (butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) and their blends upon melt processing. Polymer degradation and stability, 94(1), 74-82.
Spinace, M. A., & De Paoli, M. A. (2001). Characterization of poly (ethylene terephtalate) after multiple processing cycles. Journal of Applied Polymer Science, 80(1), 20-25.
Su, K. H., Lin, J. H., & Lin, C. C. (2007). Influence of reprocessing on the mechanical properties and structure of polyamide 6. Journal of Materials Processing Technology, 192, 532-538.
Yuan, H., Liu, Z., & Ren, J. (2009). Preparation, characterization, and foaming behavior of poly (lactic acid)/poly (butylene adipate‐co‐butylene terephthalate) blend. Polymer Engineering & Science, 49(5), 1004-1012.
Zenkiewicz, M., Richert, J., Rytlewski, P., Moraczewski, K., Stepczynska, M., & Karasiewicz, T. (2009). Characterisation of multi-extruded poly (lactic acid). Polymer Testing, 28(4), 412-418.