تحصيلات تکميلي

نام و نام خانوادگي : كاظم مجدزاده اردكاني

دانشکده : فني و مهندسي

استاد راهنما : دکتر اميرحسين نوارچيان

تاريخ دفاع : 5/12/87

رشته و گرايش : مهندسي شيمي

استاد مشاور : دكتر فرهاد صادقي

تهيه و بررسي خواص فيزيکي و مکانيکي نانو کامپوزيت‌هاي نشاسته- خاک رس جهت کاربرد در صنايع بسته بندي

چکيده

مصرف زياد پليمرهاي بر پايه نفت در صنايع بسته‌بندي و مقاومت آن‌ها در برابر ميكروارگانيسم‌ها سبب شده است كه اين مواد عمده‌ترين آلاينده‌هاي محيط زيست باشند و ضايعات ناشي از آن‌ها تهديدي بزرگ براي محيط زيست محسوب گردد. طي دو دهه اخير نشاسته به عنوان جايگزين مناسب مواد نفتي در صنايع بسته‌بندي مورد توجه محققين قرار گرفته است. اما استحكام مكانيكي نسبتاً ضعيف پليمرهاي نشاسته‌اي استفاده از اين مواد را به كاربردهاي خاص بسته‌بندي محدود كرده است. نانوكامپوزيت‌هاي نشاسته-‌‌ خاك‌رس به دليل خواص فيزيكي و مكانيكي بالا مي‌توانند جايگزين فيلم‌هاي بسته‌بندي بر پايه مواد نفتي گردند.

در اين تحقيق خواص فيزيكي و مكانيكي فيلم‌هاي نانوكامپوزيت نشاسته- خاك‌رس به وسيله آزمون‌هاي مختلف مورد مطالعه قرار گرفت و نحوه تأثير برخي از عوامل بر روي اين خواص تعيين گرديد. همچنين شرايط بهينه عوامل فرآيند براي رسيدن به حداكثر ميزان خواص فيزيكي و مكانيكي مشخص شد.

بدين منظور ابتدا فيلم‌هاي نانوكامپوريت نشاسته- خاك‌رس به عنوان يك پلاستيك قابل مصرف در صنايع بسته‌بندي به روش محلول توليد شد و تأثير عوامل نوع كاتيون خاك‌رس، نوع اختلاط، ميزان نرم‌كننده و نوع نشاسته در تعيين شرايط بهينه مورفولوژي و خواص كششي نانوكامپوزيت‌ها بررسي شد. از روش طراحي آزمايش‌ها براي تعيين ميزان و نحوه تأثير عوامل بر روي پاسخ سيستم (افزايش فاصله لايه‌هاي سيليكاتي در ماتريس پليمر و مدول يانگ) استفاده شد. در اين مرحله، شناسايي فيلم‌هاي نانوكامپوزيت از طريق آزمون‌هاي كشش و پراش اشعه Xء(XRD) انجام گرفت. نتايج حاصل از تحليل آماري نشان مي‌دهد كه به ترتيب، عوامل نوع كاتيون خاك‌رس، نوع اختلاط و ميزان گليسرول بر روي خواص فيزيكي و مكانيكي نانوكامپوزيت‌هاي نشاسته- خاك‌رس موثر مي‌باشند. در محدوده مورد بررسي، اثر عامل نوع نشاسته از بقيه پارامترها كمتر است.

ميزان بهينه خاك‌رس، زماني‌كه عوامل ديگر در سطوح بهينه خود ثابت نگه داشته شدند، تعيين گرديد و مشخص شد كه نانوكامپوزيت‌هاي شامل 6% وزني از خاك‌رس اصلاح شده با اسيد سيتريك (CMMT) بهترين خواص فيزيكي و مكانيكي را نشان مي‌دهند. در اين بخش، فيلم‌هاي نانوكامپوزيت با آزمون‌هاي كشش، ميزان جذب آب، نفوذ گاز، طيف‌سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR)، شفافيت، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) ارزيابي گرديد.

در ادامه يك روش جديد (BDPM: Bright-Dark Pixel Measurement) براي كمي‌سازي ميزان پخش لايه‌هاي سيليكاتي در ماتريس پليمر بر پايه پردازش تصاوير TEM ارائه شد. مزيت اين روش علاوه بر سادگي، توانايي تعيين كمي انواع مورفولوژي نانوكامپوزيت‌ها (ورقه‌اي، جايگيري بين لايه‌اي و امتزاج‌ناپذير) مستقل از ميزان خاك‌رس و توده‌هاي موجود در ماتريس پليمر است. مشخص شد زماني‌كه درصد مورفولوژي محاسبه شده از طريق اين روش، مستقل از نوع خاك‌رس و ماتريس پليمري مورد استفاده بيش از 65% باشد، مورفولوژي غالب، ورقه‌اي مي‌باشد.

واژه هاي کليدي: نانوكامپوزيت، نشاسته، خاك‌رس، فيلم‌ بسته‌بندي، كمي‌سازي، ميكروسكوپ الكتروني عبوري