Pati Termoplastik / Campuran Karet Alam

Abstrak

Pati termoplastik / karet alam polimer campuran disusun menggunakan lateks langsung alam dan tepung maizena. Campuran disusun mixer bets intensif di 150 OC, dengan konten karet alam bervariasi 2,5-20%. Campuran dikarakterisasi dengan analisis mekanik (tegangan-regangan) dan dengan memindai mikroskop elektron. Hasil penelitian menunjukkan penurunan modulus dan kekuatan tarik, menjadi kurang rapuh dari campuran pati termoplastik saja. Pemisahan fasa diamati pada beberapa komposisi dan tergantung pada karet dan pada konten peliat (gliserol). Meningkatkan konten peliat dimungkinkan penambahan jumlah yang lebih tinggi dari karet. Penambahan karet, bagaimanapun, dibatasi oleh pemisahan fasa penampilan yang tergantung pada isi gliserol. Pemindaian mikroskop elektron menunjukkan dispersi yang baik dari karet alam dalam tahap berkesinambungan dari matriks termoplastik pati.

Pengenalan

Pengembangan plastik menggunakan sumber daya terbarukan yang dapat terbiodegradasi secara alami dan kemungkinan menggabungkan biodegradabilitas mereka dengan pengurangan biaya dan kebutuhan pasar telah menjadi objek penelitian akademik dan industri yang intensif. Pati merupakan salah satu polimer alam utama dipelajari untuk produksi bahan biodegradable, karena merupakan salah satu komponen utama dari biji-bijian serealia dan umbi-umbian sudah banyak digunakan dalam industri makanan, kertas dan tekstil. Pati terdiri dari amilosa dan amilopektin, yang keduanya polysacchar-IDE terdiri dari aD-glucopyranosyl unit terkait dengan (1 - 4) dan (1 - 6) hubungan. Kombinasi makro-molekul alami, baik sebagai zat murni, atau terjadi secara alami bentuk granula itu sendiri dan tidak dapat diproses sebagai bahan termoplastik karena terurai sebelum mencair. Beberapa alternatif pengolahan karena itu telah dipertimbangkan.

Upaya pertama untuk mendapatkan pati berbasis bahan terlibat pemanfaatan granula pati sebagai pengisi untuk polimer sintetis, seperti poli (etilena) dan poli (propy-Charlene), dan butiran pati destructured atau terganggu dalam campuran dengan polimer sintetis. Baru-baru ini, pati telah digunakan sebagai polimer utamanya dalam komposisi makromolekul yang dapat diolah sebagai termoplastik seperti poli (etilena), poli (vinil klorida), dll Dalam hal ini, struktur granula pati benar-benar terganggu oleh penggunaan dari peliat dengan pemanasan, sehingga menimbulkan suatu fasa kontinyu dalam bentuk lelehan kental yang dapat diproses mengikuti teknik pengolahan plastik konvensional seperti cetak injeksi atau ekstrusi. Jenis komposisi pati yang umum dikenal sebagai pati termoplastik (TPS). Sayangnya, TPS menyajikan beberapa kelemahan, seperti suhu degradasi yang rendah, yang membuat mereka sulit untuk proses, sifat mekanik yang buruk dan kerentanan air yang tinggi. Banyak pekerjaan telah dilakukan untuk mengatasi kelemahan ini, termasuk penggunaan bala dan kombinasi TPS dengan polimer lain. Beberapa penelitian yang berhubungan dengan penggunaan karet dalam campuran polimer dijelaskan dalam literatur. Dengan demikian, padat trans-1 ,4-poli (isoprena) (gutta percha) telah ditambahkan ke pati di hadapan compatibilisers, seperti etilena - asam akrilik kopoli-mer.

Tujuan dari pekerjaan ini adalah persiapan campuran pati termoplastik menggunakan langsung dari lateks Hevea brasiliensis, tanpa menggunakan 'compatibilisers eksternal. Karet alam (NR), cis-1 ,4-poli (isoprena), terjadi pada beberapa spesies tanaman, tetapi sumber yang paling penting adalah Hevea brasiliensis pohon, yang menyumbang lebih dari 99% produksi karet alam dunia. Karet alam diekstrak sebagai lateks atau 'susu', yaitu. emulsi berair atau dispersi dari polimer alam (96% berat padatan) dan zat lain, seperti protein (1%), lipid (3%) dan jejak kalium, magnesium, dan tembaga. Lapisan teradsorpsi protein dan fosfolipid menstabilkan partikel karet.

Hasil dan diskusi

Hasil terkait dengan modulus (E1%), elongasi (1R) dan kekuatan tarik akhir (UTS) disajikan pada Tabel 1.

Penambahan sejumlah kecil karet untuk campuran yang mengandung pati 20% dari gliserol (TPS/NR-1 dan TPS/NR-2) diinduksi pelunakan mereka, seperti yang ditunjukkan oleh penurunan nilai modulus. Memang penurunan modulus yang cukup besar sudah terjadi dengan sampel TPS/NR-1, yang hanya mengandung 2,5% dari karet. Sebuah tambahan karet setelah 5,0%, menghasilkan penurunan kurang jelas dalam modulus. Kekuatan tarik mengikuti tren yang sama untuk sampel ini, sedangkan perpanjangan putus menunjukkan variasi sederhana dan tidak teratur. Sebuah peningkatan lebih lanjut dalam isi karet, yaitu 10 dan 20% (TPS/NR-3 dan TPS/NR-4) menghasilkan pemisahan fasa terlihat dan campuran menjadi rapuh dengan aspek yang tidak teratur dengan daerah bantalan karet bebas. Sifat mekanis dari bahan tersebut menunjukkan dispersi tinggi titik data (lihat Tabel 1) karena karakter heterogen mereka.

Untuk campuran dengan gliserol 30% dan isi karet hingga 10%, variasi modulus adalah sederhana, mungkin karena TPS orangtua memiliki modulus intrinsik rendah, sedangkan kekuatan tarik menurun lebih substansial dengan penambahan karet. Untuk kadar karet tertinggi, TPS/NR-8, baik modulus dan kekuatan tarik menurun drastis. Sedangkan sampel TPS/NR-5, TPS/NR-6 dan TPS/NR-7 adalah transparan, TPS/NR-8 adalah buram, menunjukkan beberapa pemisahan fasa. Nilai-nilai elongasi pada istirahat campuran ini menunjukkan penurunan kecil dan tidak teratur dengan konten karet meningkat.

Tabel 1Nilai modulus (E1%), elongasi (er) dan kekuatan tarik akhir (UTS) ditentukan untuk campuran dikondisikan pada kelembaban relatif 53%. Semua persentase berat: bahwa gliserol mengacu pati, sedangkan yang dari karet mengacu pada berat totala Nomor dalam kurung setelah nilai adalah standar deviasi.b Rapuh sampel dengan pemisahan fasa terlihat.

Untuk campuran yang mengandung 40% dari gliserol, pengaruh penambahan karet pada modulus, kekuatan tarik dan perpanjangan adalah sederhana, sekali lagi karena sifat-sifat mekanik dari TPS mulai berada di level terendah.

Hasil ini menunjukkan bahwa penambahan karet untuk pati - campuran gliserol dibatasi oleh pemisahan fasa yang nampak tergantung pada konten gliserol dalam arti bahwa sebagai yang terakhir meningkat, pemisahan fase

Gambar. 1. Scanning mikrograf elektron patah tulang rapuh (nitrogen cair) dari pati / alami campuran karet, (a) TPS/NR2, (b) TPS/NR8, (c) TPS/NR10 dan (d) TPS/NR12.

Gambar. 2. Scanning elektron mikrograf dari butiran tepung jagung pada 1000 pembesaran £.

terjadi pada kadar karet lebih tinggi. Tampaknya karena itu gliserol memainkan peranan kedua peliat pati dan pati - compatibiliser karet.

Gambar. 1 menunjukkan tiga gambar khas SEM campuran, menampilkan fasa terdispersi karet sebagai partikel homogen didistribusikan dalam matriks TPS.

Terlepas dari kenyataan bahwa kontras antara pati dan karet miskin, adalah mungkin untuk mengidentifikasi dua tahap yang berbeda. Partikel-partikel karet tersebar muncul sebagai bola biasa dengan diameter bervariasi antara 2 dan 8 mm. Adhesi antara fase untuk komposit dengan gliserol 20%, 30 dan 40 dan karet 5% tampaknya menjadi baik, karena tidak ada rongga karet dihapus terlihat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1 (a) - (c). Dalam Gambar. 1 (d), sesuai dengan menyatu dengan gliserol 40% dan karet 20%, beberapa void dan partikel karet bundar yang terlihat, menunjukkan adhesi miskin antara komponen-komponen dari campuran.

Proses pencampuran memainkan peran penting dalam morfologi campuran ini dan, mengingat fakta bahwa pencampur batch yang dioperasikan pada geser rendah, dispersi karet dalam matriks pati cukup memuaskan. Kualitas ini dispersi merupakan konsekuensi dari pemanfaatan lateks bukan karet padat. Bahkan, ukuran partikel rata-rata lateks adalah antara 0,15 dan 3,0 mm dan beberapa bola karet terlihat dalam gambar SEM campuran yang sesuai mencerminkan adanya partikel-partikel lateks individu asli. Domain karet terbesar itu mungkin dihasilkan oleh aglomerasi partikel-partikel dasar. Sejak pati digunakan dalam penelitian ini juga disajikan morfologi granular, dengan ukuran rata-rata 10 mm (lihat Gambar. 2), partikel yang bisa saja bingung dengan yang karet. Namun, bentuk butir pati adalah poligonal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2, sehingga perbedaan berdasarkan bentuk bisa dibuat ketika memeriksa gambar SEM. Maka disimpulkan bahwa fase kontinu terdiri dari pati diplastisasi dan mikrosfer milik fase elatomeric.

Gambar. 3 menunjukkan mikrograf SEM sampel beku patah, di mana hal itu mungkin untuk memvisualisasikan apa yang kita yakini sebagai partikel karet membentang antara dua daerah. Selain itu, eksperimen kami yang luas dengan granula pati termoplastik tanpa karet, dalam kondisi yang sama dengan yang digunakan dalam pekerjaan ini, dihasilkan patah tulang rapuh dingin dengan permukaan datar tanpa bukti struktur butiran sisa.

Seperti telah ditunjukkan sebelumnya, adhesi antara komponen campuran tampaknya menjadi baik. Kualitas antarmuka dapat dikaitkan dengan adanya protein dan lipid pada permukaan partikel karet dalam lateks bertindak sebagai compatibiliser antara pati, matriks kutub, dan karet, bahan non-polar. Penggunaan langsung dari lateks alam karena itu sangat menarik dalam konteks ini karena non-karet konstituen tidak perlu dihapus karena mereka memainkan peran positif sebagai agen pencampuran.

Gambar. 3. Scanning elektron mikrograf dari TPS retak / NR memadukan menunjukkan hamparan partikel karet, (a) TPS/NR-2 dan (b) TPS/NR-3, pada 5000 dan 1000 £ £ pembesaran, masing-masing.

kesimpulan

Campuran pati termoplastik dan karet alam diperoleh langsung membentuk tepung maizena lateks dan granular. Penyebaran karet dalam matriks termoplastik pati berkat homogen dengan kehadiran media berair, dengan partikel karet ukuran mulai dari 2 sampai 8 mm. Proses yang digunakan dalam penelitian ini dipanggil penggunaan kedua pati dan lateks dalam bentuk alami mereka, tanpa jenis pemurnian. Selain itu, kehadiran non-karet konstituen dari lateks bertanggung jawab, tidak hanya untuk mengasuransikan stabilitas lateks, tetapi juga untuk meningkatkan kompatibilitas antara pati termoplastik dan fase karet alam. Penambahan karet, bagaimanapun, dibatasi oleh pemisahan fasa penampilan yang tergantung pada isi gliserol. Akhirnya, gliserol tampaknya memberikan kontribusi baik platicisation dari pati dan untuk perbaikan pati - antarmuka karet.