พฤติกรรมการคืบของเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชที่มีปริมาณพลาสติไซเซอร์และเส้นใยเซลลูโลสระดับนาโน (CNF) ที่แตกต่าง

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของการเติมพลาสติไซเซอร์ (ประกอบด้วย กลีเซอรอลและน้ำ) และเส้นใยเซลลูโลสระดับนาโนที่มีต่อสมบัติของวัสดุเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช เช่น พฤติกรรมการคืบ โครงสร้างสัณฐานวิทยา สมบัติความเป็นผลึก สมบัติเชิงกล ความเสถียรทางความร้อน และความสามารถในการดูดความชื้น โดยเส้นใยเซลลูโลสระดับนาโนสามารถเตรียมได้จากการนำเส้นใยไผ่มาผ่านกระบวนการทางเคมีด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ สารละลายโซเดียมคลอไรต์และสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เพื่อกำจัดเฮมิเซลลูโลส ลิกนิน และลดขนาดของเส้นใย วัสดุเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชถูกเตรียมจากแป้งมันสำปะหลังด้วยเครื่องอัดรีดแบบสกรูคู่ โดยใช้กลีเซอรอลและน้ำเป็นพลาสติไซเซอร์ และศึกษาผลของการเติมพลาสติไซเซอร์ที่มีต่อสมบัติของวัสดุเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช จากผลการศึกษาพบว่า เมื่อปริมาณกลีเซอรอลที่ใช้ในการเตรียมวัสดุเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชเพิ่มขึ้นจะทำให้โมดูลัส และความต้านทานต่อแรงดึงลดลง แต่ความยืดสูงสุด ณ จุดขาดเพิ่มขึ้น ในทางกลับกันเมื่อเพิ่มปริมาณน้ำที่ใช้จะทำให้ความต้านทานต่อแรงดึงมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น ภาพจากเทคนิค SEM พบว่า วัสดุเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชทุกสูตรมีความเป็นเนื้อเดียวกันมาก เนื่องจากเม็ดแป้งเกิดการเจลาติไนซ์ได้อย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้ยังพบว่าความสามารถในการดูดความชื้นของวัสดุเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามปริมาณกลีเซอรอล สำหรับผลของการเติมเส้นใยเซลลูโลสระดับนาโนที่มีต่อวัสดุเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช โดยปริมาณการเติมเส้นใยคือ 0.5, 1, 2 และ 3 phr จากการศึกษาพบว่า การเติมเส้นใยเซลลูโลสระดับนาโนจะทำให้วัสดุเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชมีโมดูลัส และความต้านทานต่อแรงดึงเพิ่มสูงขึ้น เนื่องจากโครงสร้างทางเคมีที่คล้ายคลึงกันจึงทำให้เกิดการยึดเกาะกันระหว่างเฟสของเส้นใยและเมทริกซ์ที่ดี แต่ความยืดสูงสุด ณ จุดขาดมีแนวโน้มลดลง ภาพจากเทคนิค SEM พบว่า เส้นใยสามารถกระจายตัวได้ดีภายในเมทริกซ์ และไม่พบการเกาะกลุ่มกันของเส้นใยเกิดขึ้น การเติมเส้นใยช่วยลดความสามารถในการดูดความชื้นได้เล็กน้อย แต่ไม่ส่งผลต่อเสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช นอกจากนี้เมื่อทำการศึกษาพฤติกรรมการคืบพบว่า เมื่อเติมเส้นใยลงไปในปริมาณที่มากขึ้น วัสดุเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชจะมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่ลดลงเมื่อได้รับแรงที่คงที่ The aim of this research was to study the effect of plasticizer and cellulose nanofiber content on properties of thermoplastic starch. Morphology, crystallinity, mechanical properties, and thermal stability of TPS were investigated. Also moisture absorption and creep behavior were studied. Cellulose nanofiber was obtained from bamboo fiber by chemical treatment (sodium hydroxide, sodium chlorite and hydrogen peroxide solution) to remove hemicellulose and lignin, and decrease the size of fiber Thermoplastic starch extrudates were prepared from tapioca flour with glycerol and water as the plasticizers in different proportions using a twin-screw extruder. The effect of plasticizers addition on thermoplastic starch showed that increasing glycerol content simultaneously decreased Young’s modulus and tensile strength of TPS, however, the elongation at break tended to increase. On the other hand, when the content of water was higher, tensile strength of TPS tended to increase. SEM micrographs revealed that all TPS show relatively smooth and homogeneous fracture surface as a result of the complete gelatinization of starch. Moreover, the equilibrium moisture content of TPS increased with increasing glycerol content. The effect of cellulose nanofiber (CNF) addition on thermoplastic starch were studied. The fiber content was varied as 0, 0.5, 1, 2 and 3 phr. It showed that the Young’s modulus and tensile strength of the composites tended to improve due to good interaction between fiber and TPS matrix. However, the elongation at break tended to decrease with higher CNF content. SEM micrographs revealed good dispersion of CNF in TPS matrix and the agglomeration of CNF was not observed. Also, the moisture absorption of the TPS/CNF composite slightly decreased with increasing CNF content, however, thermal stability of the composite did not change significantly. Moreover creep behavior showed that lower deformation was obtained with