Please use this identifier to cite or link to this item: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/49982
Title: การลดความเปราะและแปรสภาพด้วยความร้อนของพลาสติกชีวภาพพอลิแลคติกแอซิด
Other Titles: Reducing brittleness and thermal deflection of poly(lactic acid) bioplastic
Authors: ธิดารัตน์ เขื่อนแก้ว
Advisors: สิริจุฑารัตน์ โควาวิสารัช
Other author: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิศวกรรมศาสตร์
Advisor's Email: Sirijutaratana.C@Chula.ac.th,fchscv@hotmail.com
Subjects: พลาสติกชีวภาพ
โพลิเมอร์ชีวภาพ
กรดโพลิแล็กติก
กรดโพลิแล็กติก -- การเปลี่ยนสภาพ
Biopolymers
Polylactic acid
Polylactic acid -- Differentiation
Issue Date: 2558
Publisher: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
Abstract: พอลิแลคติกแอซิด (Polylactic acid, PLA) เป็นพลาสติกชีวภาพที่แข็งแรง แต่ไม่ทนต่อความร้อนและเปราะ การศึกษานี้มุ่งช่วยเพิ่มการทนต่อความร้อนให้ PLA โดยเพิ่มระดับความเป็นผลึก อีกส่วนหนึ่ง มุ่งปรับลดความเปราะให้กับ PLA ด้วยสารเพิ่มความยืดหยุ่น งานวิจัยแบ่งเป็น 3 ส่วน ส่วนแรกปรับปรุงเสถียรทางความร้อนของ PLA ด้วยสารก่อผลึก 2 ชนิด ได้แก่ ทัลก์และไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) ปริมาณ 0–10 %wt พบว่าทั้งทัลก์และ TiO2 ช่วยให้ PLA เกิดผลึกได้มากและเร็วขึ้น โดยเฉพาะเมื่อเติมทัลก์ 5 %wt ทำให้ระดับความเป็นผลึกของ PLA เพิ่มสูงสุดจาก 5.8% เป็น 17.1% ส่งผลให้เสถียรความร้อนในรูปอุณหภูมิอ่อนตัวเพิ่มขึ้นสูงสุดจาก 54.1°C เป็น 59.1°C นอกจากการเติมสารก่อผลึกแล้ว งานวิจัยนี้ได้ใช้เทคนิคการดึงยืดทิศทางเดียว ช่วยเพิ่มเสถียรทางความร้อนให้กับ PLA ขึ้นไปได้อีกจนอุณหภูมิอ่อนตัวเพิ่มขึ้นเป็น 71.2°C ภายหลังฟิล์มผ่านการดึงยืดทิศทางเดียว การเติมทัลก์ 5 %wt ยังทำให้ทนแรงกระแทกเพิ่มขึ้นสูงสุดจาก 327.5 J/m ของ PLA เป็น 685.8 J/m ส่วนการเติม TiO2 ปริมาณ 3 %wt ช่วยเพิ่มสมบัติเชิงความร้อนได้มากที่สุด โดยอุณหภูมิอ่อนตัวเพิ่มเป็น 68.4°C แต่ยังต่ำกว่าการเติมทัลก์ 5 %wt และเพิ่มระดับความเป็นผลึกเป็น 12.3 % แสดงว่าทัลก์มีประสิทธิภาพเพิ่มเสถียรความร้อนได้ดีกว่า TiO2 ส่วนที่สองมุ่งปรับลดความเปราะของ PLA ด้วยสารเพิ่มความยืดหยุ่น 3 ชนิด ได้แก่ ยางซิลิโคน เรซินซิลิโคน และยางผสม SAR ปริมาณ 0–10 %wt ยางผสม SAR อนุภาคขนาด 1–2 ไมโครเมตร มีการกระจายตัวและการยึดติดกับ PLA ได้ดีกว่ายางซิลิโคนและเรซินซิลิโคน ทั้งยังมีประสิทธิภาพช่วยเพิ่มความเหนียวให้กับ PLA ได้สูงสุด เมื่อเติมยางผสม SAR 3 %wt ทำให้ระยะยืด ณ จุดขาดเพิ่มถึง 24 เท่าจาก 7.4% ของ PLA เป็น 179.4% ส่วนยางผสม SAR 10 %wt ช่วยให้ความต้านทานแรงกระแทกเพิ่มขึ้น 3 เท่าเป็น 932.9 J/m จาก 327.5 J/m ของ PLA ยางซิลิโคนไม่ช่วยเพิ่มความเหนียวเพราะเกิดการรวมตัว ไอน้ำและก๊าซออกซิเจนซึมผ่านฟิล์ม PLA ได้เพิ่มขึ้นเมื่อใส่สารเพิ่มความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้น เนื่องจากสารที่เติมทำให้สายโซ่ที่เป็นอสัณฐานเพิ่มขึ้น ส่วนสุดท้ายปรับปรุงทั้งกระบวนการเกิดผลึกและลดความเปราะของ PLA ด้วยการใช้สารก่อผลึกร่วมกับสารเพิ่มความยืดหยุ่น การศึกษาสองส่วนแรกชี้ให้เห็นว่าการเติมทัลก์ 5 %wt ให้สมบัติเชิงกลและเชิงความร้อนซึ่งดีที่สุด ส่วนการเติม SAR 3 %wt ก็ช่วยให้ระยะยืด ณ จุดขาดสูงสุด และการเติม SAR 10 %wt ก็ช่วยเพิ่มความต้านทานแรงกระแทกสูงสุด จึงเลือกปริมาณการเติมสารดังกล่าวมาศึกษาในส่วนที่สาม พบว่าทัลก์และยางผสม SAR กระจายตัวทั่วเมตริกซ์ PLA มีการยึดดีระหว่างวัฏภาค ฟิล์มสูตร PLA/ทัลก์/ยางผสม SAR อัตราส่วน 85/5/10 สามารถทนแรงกระแทกสูงขึ้นถึง 5 เท่าเป็น 1,627.4 J/m ฟิล์มสูตร 92/5/3 และ 85/5/10 มีระยะยืด ณ จุดขาดเพิ่มเป็น 124.3% และ 62.5%
Other Abstract: Poly(lactic acid) (PLA) is bioplastic with high tensile strength but PLA still has low thermal stability and brittleness. This research aims to improve its thermal stability by enhancing the crystallization and to improve toughness of PLA. The research consists of three parts; the first part aims to raise the thermal stability by adding a nucleating agent such as talc and titanium dioxide (TiO2) over the range of 0-10 wt%. Both talc and TiO2 were found to accelerate crystallization and increase the degree of crystallinity of PLA. Only 5 wt% of talc raised the degree of crystallinity from 5.8% of the neat PLA to a maximum of 17.1%, leading to an improvement of the softening temperature (Ts) from 54.1°C to 59.1°C. The research also applied uni-axial stretching of the PLA film to further improve the thermal stability; the Ts of PLA film with 5 wt% talc was elevated further to 71.2°C. The impact strength of PLA film also increased with the talc content to the highest at 685.8 J/m with 5 wt% talc from 327.5 J/m of neat PLA. For PLA with 3 wt% of TiO2, the degree of crystallinity and the Ts were raised to their maximum at 12.3% and 68.4 °C respectively. So, talc was more effective in improving the thermal stability of PLA than TiO2. The second part concentrates on reducing the brittleness of PLA by using elastic material namely silicone rubber, resin silicone and silicone acrylic rubber (SAR) over the range of 0-10 wt%. SEM micrographs showed fine particles of about 1–2 µm SAR dispersed and adhered well in the PLA matrix. The ductility of PLA was significantly improved with the addition of 3 wt% SAR, the elongation at break jumped up by about twenty four folds to 179.4% compared with 7.4% of the neat PLA. The addition of 10 wt% of SAR to PLA led to the highest rise of the impact strength by three folds to 932.9 J/m from 327.5 J/m of neat PLA. Silicone rubber did not enhance the toughness of PLA due to formulation of large agglomerates. Water vapor and oxygen permeability was found to rise with increasing elastic material content as their presence led to greater amorphous phase in the PLA. The PLA/talc/SAR 92/5/3 and the 85/5/10 formulations due to thire optimal thermal stability and toughness, which aims to raise both crystallization and toughness were selected for investigation in the third part. Talc and SR were found to disperse and adhere well to the PLA matrix. The 85/5/10 film was found to be five times tougher than neat PLA film. Both 92/5/3 and 85/5/10 films were tough with elongation at break increased to 124.3% and 62.5% respectively.
Description: วิทยานิพนธ์ (วศ.ม.)--จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2558
Degree Name: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level: ปริญญาโท
Degree Discipline: วิศวกรรมเคมี
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/49982
Type: Thesis
Appears in Collections:Eng - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
5670226021.pdf8.9 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.