การศึกษาผลของการกราฟต์ไกลซิดิล เมธาไครเลตลงบนโมเลกุลของยาง ที่มีต่อ คุณลักษณะการผสม ระหว่างพอลิแลคติกแอซิดและยางธรรมชาติ

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาอิทธิพลของยางธรรมชาติกราฟต์ด้วยไกลซิดิล เมธาไครเลต (Glycidyl methacrylate; GMA) ต่อความเข้ากันได้ของพอลิเมอร์ผสม PLA/NR และ PLA/ENR โดยในขั้นตอนแรกศึกษาความสามารถในการกราฟต์ GMA ลงบนโมเลกุลของยาง จากการสังเคราะห์กราฟต์โคพอลิเมอร์ในระบบสารละลาย พบว่าปัจจัยที่ส่งผลต่อการกราฟต์ของ GMA ได้แก่ ปริมาณของ GMA ปริมาณของเบนโซอิลเปอร์ออกไซด์ (Benzoyl Peroxide; BPO) อุณหภูมิและเวลาที่ใช้ในการท าปฏิกิริยา โดยเปอร์เซ็นต์การเกิดการกราฟต์สูงสุดของยางธรรมชาติกราฟต์ด้วยไกลซิดิล เมธาไครเลต เท่ากับ 14.26% และยางธรรมชาติอิพอกไซด์กราฟต์ด้วยไกลซิดิล เมธาไครเลต เท่ากับ 12.14% ในสภาวะการสังเคราะห์ที่ปริมาณ GMA 20%wt ปริมาณสารริเริ่มปฏิกิริยา BPO 5%wt อุณหภูมิ 80 C เป็นเวลา 120 นาที จากนั้นศึกษาสัณฐานวิทยา สมบัติทางความร้อน สมบัติเชิงกล สมบัติเชิงกลทางไดนามิค และสมบัติการไหลของพอลิเมอร์ผสม การศึกษาสัณฐานวิทยาพบว่า PLA/NR ที่เติม NR-g-GMA และ PLA/ENR ที่เติม ENR-g-GMA ส่งผลให้เฟสกระจายมีขนาดเล็กลงและมีการกระจายตัวที่ดีขึ้นเมื่อเทียบกับกรณีไม่เติม แสดงให้เห็นว่าพอลิเมอร์มีความเข้ากันได้มากขึ้น เมื่อพิจารณาสมบัติทางความร้อนซึ่งทดสอบด้วยเทคนิค DSC พบว่า ความเป็นผลึกของพอลิเมอร์ผสมมีค่าเพิ่มขึ้น เนื่องมาจากการประพฤติตัวเป็นสารช่วยก่อผลึกของอนุภาคยางในพอลิเมอร์ผสม ทั้งยังพบว่า ผลึกของ PLA ในพอลิเมอร์ผสมที่เกิดขึ้นมีการเกิดขึ้นแบบสเฟียรูไลต์ เช่นเดียวกันกับ PLA บริสุทธิ์ นอกจากนี้ยังพบว่าเสถียรภาพทางความร้อนจากการทดสอบด้วยเทคนิค TGA ของพอลิเมอร์ผสมมีค่าลดลง เนื่องจากการสลายตัวทางความร้อนขณะท าการหลอมผสม จากการศึกษาสมบัติเชิงกล พอลิเมอร์ผสมที่เติม NR-g-GMA และ ENR-g-GMA จะมีความสมารถในการดึงยืด และความสามารถในการรับแรงกระแทกดีขึ้น เห็นได้ชัดใน PLA/NR อัตราส่วน 80/20 เมื่อเติม NR-g-GMA มีความสามารถในการดึงยืดสูงกว่า PLA 40 เท่า และสูงกว่า PLA/NR อัตราส่วนเดียวกันที่ไม่มี NR-g-GMA 30 เท่า ในกรณีของสมบัติเชิงกลทางไดนามิค จากการทดสอบด้วยเทคนิค DMA พบว่า เมื่อเติม NR-g-GMA และ ENR-g-GMA ค่า Tg ของ PLA และยาง มีการเลื่อนเข้าใกล้กัน แสดงให้เห็นถึงการผสมมีความเข้ากันได้เพิ่มมากขึ้น นอกจากนี้การศึกษาสมบัติการไหลพบว่า ความหนืดของพอลิเมอร์ผสมมีค่าลดลง เมื่อปริมาณของยางเพิ่มมากขึ้น จากความสามารถในการประพฤติตัวเป็นพลาสติไซเซอร์ของโมเลกุลยางในพอลิเมอร์ผสม ยิ่งไปกว่านั้น จาก Cole-Cole diagram สามารถยืนยันได้ว่า NR-g-GMA และ ENR-g-GMA สามารถเพิ่มความเข้ากันได้ของ PLA/NR และ PLA/ENR ได้อย่างมีประสิทธิภาพ This work aims to study the influence of GMA grafting on rubber molecule of PLA/NR and PLA/ENR blends. In first part, grafting ability of GMA on NR and ENR by solution graft co-polymerization was studied. It was found that grafting conditions affected grafting efficiency i.e. GMA content, BPO content, temperature and time. The maximum value for degree of GMA grafting was 14.26% for NR-g-GMA and 12.14% for ENR-g-GMA when 20%wt of GMA, 5%wt of BPO, temperature of 80 C and time of 120 min were employed. Morphology, thermal properties, mechanical properties, dynamic mechanical properties and rheological properties of PLA/NR and PLA/ENR blends were investigated. The morphologies of PLA/NR with NR-g-GMA and PLA/ENR with ENR-g-GMA exhibited smaller size of more uniform dispersed phase than those without NR-g-GMA. This showed that the blends were more compatible. The thermal properties, crystallization ability of PLA in PLA/NR and PLA/ENR blend was found to increase as indicated by DSC analysis. However, PLA crystal in the blends was still in spherulite forming, similar to the pure PLA. Thermal stability of both blend systems comparing between with and without NR-g-GMA and ENR-g-GMA systems was also decreased because the thermal degradation of PLA during mixing in the internal mixer. Considering mechanical properties, the addition of NR-g-GMA and ENR-g-GMA in blends significantly improved elongation at break and impact strength. 80/20 PLA/NR blend with NR-g-GMA showed higher elongation at break over 40 and 30 times when compared with neat PLA and PLA/NR without NR-g-GMA, respectively. For the case of dynamic mechanical properties, there was a slight shift in Tg of PLA and rubber to temperatures closed to each other. This confirmed the better compatibility of blending using NR-g-GMA and ENR-g-GMA. Rheology properties showed that complex viscosity decreased when content of rubber was increased. This could be due to the plasticization effect of rubber particles. Moreover, the study of Cole-Cole diagram affirmed a better compatibility of PLA and NR as well as ENR when using NR-g-GMA and ENR-g-GMA. This result suggested that the NR-g-GMA and ENR-g-GMA were effective compatibilizers.