تهیه مخلوط های ldpe- نشاسته گرمانرم و بررسی خواص رئولوژیکی و مکانیکی آنها

در این پژوهش، خواص رئولوژیکی و مکانیکی مخلوط ها و نانوکامپوزیت های پلی اتیلن سبک – نشاسته ذرت گرمانرم (tpcs) بررسی شده است. نمونه هایی حاوی مقادیر مختلف (صفر تا 40% وزنی) نشاسته گرمانرم و 3% وزنی ldpe-g-ma به عنوان سازگارکننده، با استفاده از اکسترودر تک مارپیچه تهیه شدند. همچنین نمونه هایی حاوی نانوذرات سیلیکاتی با استفاده از نمونه مخلوط سازگارشده انتخابی و مقادیر مختلف (5/0 تا 3% وزنی) نانوذرات سیلیکاتی با نام تجاری cloisite®15a از طریق فرآیند اکستروژن و با استفاده از اکسترودر دومارپیچه تهیه گردید. اندازه گیری خواص رئولوژیکی، مکانیکی و جذب آب همه نمونه ها با استفاده از روش های استاندارد انجام گرفت. همچنین مدل سازی فرآیند اکستروژن مخلوط ها و نانوکامپوزیت های پلی اتیلن سبک – نشاسته گرمانرم با استفاده از سیستم استنتاج فازی - عصبی تطبیقی (anfis) به منظور پیش بینی خوص رئولوژیکی و مکانیکی نمونه ها انجام گرفت. نتایج اندازه گیری شاخص جریان مذاب (mfi) مخلوط ها نشان داد که با افزایش مقدار نشاسته، mfi نمونه ها کاهش می یابد. نتایج آزمون رئومتری نشان داد که با افزایش نرخ برشی گرانروی ظاهری مخلوط ها کاهش یافته و این نمونه ها رفتار سودوپلاستیک از خود نشان دادند. همچنین با افزایش مقدار نشاسته گرانروی ظاهری مخلوط ها افزایش یافت. در مورد نانوکامپوزیت ها نیز کاهش در mfi و در نتیجه افزایش در گرانروی ظاهری با افزایش مقدار نانوذرات مشاهده گردید. این نمونه ها نیز رفتار سودوپلاستیک نشان داده و با افزایش نرخ برشی گرانروی ظاهری آنها کاهش نشان داد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مخلوط ها بهبود پراکندگی ذرات نشاسته در ماتریس پلی اتیلن و افزایش چسبندگی بین فازها در حضور pe-g-ma را تأیید کرد. پراش اشعه ایکس (xrd) نانوکامپوزیت ها، انتقال پیک پراش به زوایای کمتر و در نتیجه افزایش در فضای بین لایه-ای نانوذرات، با افزایش مقدار cloisite®15a را نشان داد. این تصاویر نشان دادند که در مورد همه نانوکامپوزیت ها ساختار بین لایه ای تشکیل شده است. خواص مکانیکی (از قبیل استحکام کششی نهایی، ازدیاد طول در نقطه شکست، مدول یانگ و استحکام ضربه ای نسبی) مخلوط ها با افزایش مقدار نشاسته کاهش پیدا کرد اما با این وجود نمونه های سازگارشده حاوی 25% وزنی نشاسته گرمانرم، مطابق با استاندارد تهیه پلاستیک های پلی اتیلن، خواص مکانیکی مورد نیاز برای تهیه پلاستیک های بسته بندی یکبار مصرف را دارند. در مورد نانوکامپوزیت ها نیز افزایش در استحکام کششی نهایی و مدول یانگ و کاهش در ازدیاد طول در نقطه شکست و استحکام ضربه ای نسبی با افزایش مقدار cloisite®15a بدست آمد. با این وجود، بهترین خواص با افزودن 1% نانوذره cloisite®15a مشاهده گردید. جذب آب مخلوط ها با افزایش مقدار نشاسته و با گذشت زمان افزایش پیدا کرد. نتایج جذب آب نانوکامپوزیت ها نشان داد که این نمونه ها جذب آب کمتری نسبت به نمونه مخلوط انتخابی داشته و همچنین با افزایش مقدار نانوذره، جذب آب آنها کاهش یافت. نتایج مدل سازی نشان داد که همبستگی خوبی بین نتایج تجربی و نتایج پیش بینی شده از مدل-سازی وجود دارد و این مدل به خوبی می تواند برای پیش بینی رفتار رئولوژیکی و مکانیکی مخلوط ها و نانوکامپوزیت های پلی اتیلن سبک – نشاسته گرمانرم در فرآیند اکستروژن به کار رود.