شد.آمیزهها طی مدت 2 ماه در محیط لجن فعال قرار گرفت و در فواصل زمانی مشخص افت وزن آمیزهها با استفاده از رابطه زیر محاسبه شد.
Weight loss (%) = [(M0-Md)/M0] ×100
در رابطه ی فوق M0 وزن اولیه و Md وزن نمونه بعد از تخریب می باشد.

فصل چهارم

نتایج و بحث
در این فصل به تشریح آزمونها، آنالیز نتایج به دست آمده و تحلیل آنها پرداخته میشود.
بررسی واکنش اصلاح نشاسته
طیف سنجی FTIR:
در این تحقیق از آزمون FTIR برای اثبات واکنش مالئیک انیدرید با نشاسته استفاده شد. در شکل 4-1 واکنش احتمالی اصلاح نشاسته با مالئیک انیدرید نشان داده شده است. همان طور که در شکل مشاهده میگردد، گروههای هیدروکسیل روی زنجیره نشاسته با مالئیک انیدرید وارد واکنش میشود و در نتیجه حمله گروههای هیدروکسیل نشاسته به مالئیک انیدرید، حلقه تحت فشار مالئیک انیدرید باز شده و گروههای عاملی کربونیل وکربوکسیلیک اسید روی زنجیره نشاسته تشکیل میشوند. هدف از طیف سنجی FTIR شناسایی گروههای کربونیل زنجیره نشاسته عامل دار شده و به تبع آن اثبات اصلاح شیمیایی نشاسته توسط واکنش با مالئیک انیدرید میباشد. قبل از طیف سنجی FTIR ابتدا مالئیک انیدرید واکنش نداده و گلیسرول اضافی توسط سوکسله به مدت 3 روز در استون از نمونههای MTPS خارج گردید. طیف FTIR نشاسته مالئیک شده به همراه هر دو نشاسته ذرت و TPS در شکل 4-2 آورده شده است. برای نشاسته ذرت طبیعی، 3 پیک شاخص در1-cm1023، 1-cm1083، 1-cm1156مشاهده شد. این پیکها به پیوند کششی C-O نسبت داده میشود. پیکهای 1-cm 1083 و 1-cm1023 نشان دهنده پیوند کششی C-O حلقه انیدروگلوکز میباشد. پیک شاخص دیگری نیز در 1-cm1640 دیده میشود، که حاکی از حضور آب در نشاسته میباشد. پیک تیز در 1-cm2926 خصوصیتی از حالت کششی C-H حلقه میباشد. یک پیک شدیداً پهن از 1-cm 3400- 3200 مشاهده شد، که در نتیجه پیوندهای کششی درون مولکولی63 و بین مولکولی64-ن از3دیداً پهن از3200 و ،و نشاسته ذرت و ،ی قبل گروههای هیدروکسیل نشاسته میباشد[82]. همان طور که ملاحظه میشود، طیف نشاسته ذرت و TPS تقریباًبا هم مشابه میباشند. اما در طیف MTPS استخراج شده پیک کششی کربونیل در 1-cm 1707 وجود دارد. این پیک بیانگر این است که مالئیک انیدرید از طریق پیوند کووالانسی به زنجیره نشاسته متصل شده است. با این حال در نمونه MTPS هیچ پیکی مطابق با گروههای عاملی کربونیل انیدرید در 1-cm 1717 ظاهر نشده است، که نشان میدهد حلقه مالئیک انیدرید به صورت کامل باز شده و با نشاسته واکنش داده است.

شکل4- 1- واکنش احتمالی اصلاح نشاسته توسط مالئیک انیدرید

شکل4- 2- طیف FTIR مربوط به (الف) نشاسته، (ب) MTPS و (ج) TPS
اندازه گیری درجه استخلاف MTPS
اضافه کردن مالئیک انیدرید به نشاسته در مخلوط کن داخلی منجر به اصلاح شیمیایی نشاسته میشود. یکی دیگر از راههای اثبات اصلاح شیمیایی نشاسته توسط مالئیک انیدرید، اندازه گیری گروههای عاملی کربوکسیلیک اسید ایجاد شده بر روی زنجیره نشاسته توسط روش تیتراسیون میباشد. با استفاده از روش تیتراسیون درجه استخلاف اندازه گیری شد. نحوه محاسبه این شاخص در فصل 3 توضیح داده شد. در این تحقیق درجه بالای استخلاف 076/0 در غیاب کاتالیزور به دست آمد. علت رسیدن به این میزان اصلاح ، به دمای بالای واکنش بر میگردد. استفاده از دمای بالا سبب شد که به درصد بالایی از ژلاتینه شدن65 نشاسته برسیم. هر چه میزان ژل شدن نشاسته بیشتر باشد، از میزان پیوندهای هیدروژنی ایجاد شده توسط گروههای هیدروکسیل نشاسته کاسته میشود. در نتیجه گروههای هیدروکسیل ازآزادی بیشتری برای واکنش با مالئیک انیدرید برخوردار میشوند. کاهش پیوندهای هیدروژنی دلیلی برای سهولت واکنش اصلاح نشاسته توسط مالئیک انیدرید و در نتیجه دست یابی به میزان درجه استخلاف بالا شد.
بررسی ریز ساختار نشاسته، TPS و MTPS
الگوی پراش اشعه X
در این تحقیق ساختار بلوری نشاسته و اثر اصلاح نشاسته بر این ساختار توسط الگوی پراش اشعه X مورد مطالعه قرار گرفت. نشاستههای طبیعی دارای ساختار شبه بلوری میباشند. ساختار بلوری نشاستههای طبیعی با برچسبهای نوع A، B و C بسته به منبع نشاسته شناخته میشوند. نشاستههای طبیعی بر اساس طول زنجیر آمیلوپکتین(طول زنجیر نوع A ?7/19، طول زنجیر نوع B ?6/21 و ?3/21 طول زنجیر نوع C ?3/20) در سه گروه A، B و C قرار میگیرند. شکل (4-3 ) الگوی پراش اشعه X برای نشاسته، TPS و MTPS را نشان میدهد. در شکل (4-3 الف) سه پیک در °8/16 و °5/19 و °9/24 به عنوان شاخصی از بلورهای نوع A قابل مشاهده است. این رفتار در نشاستههای دانهای66 نظیر نشاسته ذرت دیده میشود. نشاستههایی با ساختار بلوری نوع B در گیاهان غدهای67 نظیر سیب زمینی یافت میشود. ساختار بلوری نوع C کمیاب تر و دارای فرم حد واسطی از دو نوع A و B، در منابع گیاهی نظیر نشاسته نخود مشاهده میشود.

امکان تشکیل دو نوع بلورینگی مستقیماً بعد از فرایند نشاسته با گلیسرول به عنوان نرم کننده وجود دارد.
(الف) بلورینگی باقیمانده: ساختار بلوری نوع A، B و C در نشاسته طبیعی میتواند توسط کامل نشدن فرآیند ذوب نشاسته در طول فرایند، در نشاسته گرمانرم تشکیل شده باقی بماند.
(ب)بلورینگی بر اساس فرایند: ساختار بلوری آمیلوز نوع VH-، VA- و V-Glycerol که در طول فرآیند حرارتی – مکانیکی تشکیل میشود.
مقدار بلورینگی باقیمانده وابسته به شرایط فرآیند نظیر دمای فرآیند و تنش برشی به کار برده شده میباشد. ترکیب درصد مخلوط نشاسته/گلیسرول نیز بر روی بلورینگی باقیمانده تاثیر میگذارد. استفاده از مقدار پایین گلیسرول بلورهای باقیمانده از ساختار نشاسته طبیعی را کاهش میدهد. با کاهش میزان نرم کننده، گرانروی مذاب افزایش پیدا میکند و در نتیجه باعث بالا رفتن تنش برشی روی مذاب میشود. بلورینگی بر اساس فرآیند از عوامل فرآیندی نظیر سرعت مارپیچ و زمان ماند تاثیر میگیرد. این عوامل سبب بلورینگی مجدد سریع کمپلکس تشکیل شده بین آمیلوز و گلیسرول به داخل ساختارهای تک مارپیچ میشوند[76]. همان طور که در شکل(4-3 ب) نشان داده شده است، ساختار بلوری نشاسته ذرت طبیعی در اثر استفاده از گلیسرول تغییری نکرده است. عدم تغییر ساختار بلوری نشاسته در حضور گلیسرول به خاطر استفاده از میزان کم گلیسرول میباشد.
همان طور که درشکل(4-3 ج) مشاهده میشود، پیکهای بلورینگی باقیمانده در °9/14، °5/17 و °7/22 ظاهر نشده است. این امر نشان میدهد که ساختار بلوری نشاسته در اثر حضور مالئیک انیدرید به طور کامل از بین رفته است. ظاهر شدن پیکهایی در° 5/13 و° 8/20 نشان از تشکیل بلورهای نوع VA است[76]. این بلورها توسط بلورینگی مجدد سریع کمپلکس آمیلوز با گلیسرول به داخل ساختارهای تک مارپیچه حاصل میشوند. اصلاح نشاسته سبب از بین رفتن کاملساختار بلوری نشاسته شد که این امر باعث افزایش فرآین پذیری نشاسته میگردد.

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   منبع پایان نامه درباره بورس اوراق بهادار، اطلاعات مربوط، بورس اوراق بهادار تهران

شکل4- 3- الگوی پراش اشعه ایکس برای (الف) نشاسته، (ب) TPS و (ج) MTPS

خواص مکانیکی آمیزهها
خواص مکانیکی آمیزههای پلیمری توسط چندین عامل، از جمله خواص اجزای آمیزه، مورفولوژی فازها و چسبندگی بین فازی68 کنترل میشود. دو عامل مورفولوژی و چسبندگی فازی از نقطه نظر انتقال تنش داخل آمیزه دارای اهمیت هستند. برای بررسی اثرات این عوامل آزمونهای مکانیکی در حالت کششی برای آمیزهها با درصد نشاسته مختلف انجام شد. منحنی تنش-کرنش حاصل از این آزمون در شکل4-4 نشان داده شده است. خواص مکانیکی آمیزهها با ترکیب درصدهای مختلف از نشاسته در جدول4-1 آورده شده است که به شرح دقیق تر آنها پرداخته میشود. همان طور که در شکل 4-4 مشاهده میشود، با افزایش درصد MTPS در آمیزهها رفتار آمیزهها از حالت رابری فاصله گرفته و به رفتار پلاستیکهای گرمانرم نزدیک میشود تا جایی که در آمیزه MTPS%50SEPS/، تنش تسلیم و ناحیه گردن تا حدودی مشاهده میگردد.

جدول4- 1- خواص مکانیکی آمیزهها با ترکیب درصد مختلف از نشاسته
Sample
Tensile Strength (MPa)
Strain at Break (%)
Tensile Modulus
(MPa)
SEPS
8/0±94/9
41±570
4/0±03/6
SEPS/10%MTPS
3/1±16/9
36±551
6/0±21/7
SEPS/30%MTPS
6/0±06/6
18±487
4/1±04/11
SEPS/40%MTPS
4/0±88/4
28±391
4/3±83/13
SEPS/50%MTPS
4/0±08/3
23±264
9/2±94/32

شکل4- 4- منحنی تنش-کرنش SEPS و آمیزههای با ترکیب درصد مختلف از نشاسته

استحکام کششی
در آمیزههای پلیمری، چسبندگی فازی عاملی تاثیرگذار بر استحکام کششی است. چسبندگی فازی با میزان سازگاری دو فاز و توزیع و پخش شدگی ذرات مرتبط میباشد. در مواردی که مورفولوژی از نوع ماتریس – قطره باشد هر چه سازگاری دو فاز کم و تجمع یا خوشهای شدن فاز پراکنده بیشتر باشد، نشان دهنده چسبندگی ضعیف بین دو فاز است. چسبندگی ضعیف بین فازها سبب عدم انتقال تنش موثر در فصل مشترک فازها میشود و در نتیجه این ناحیه به عنوان نقطه ضعیفی از آمیزه، نقشی موثر در کاهش استحکام کششی ایفا میکند. برعکس، آمیزههای پلیمری با سازگاری بالا و توزیع وپخش خوب ذرات فاز پراکنده در ماتریس، و در نتیجه افزایش سطح فصل مشترک میان فازها، سبب بهبود استحکام کششی میشود. در شکل4-5 نمودار استحکام کششی آمیزهها با ترکیب درصدهای مختلف از MTPS نشان داده شده است. در آمیزهای با MTPS %wt10 استحکام کششی نسبت به SEPS کاهش کمی نشان داده است و از MPa94/9 به MPa9.16 رسیده است. با افزایش بیشتر MTPS در آمیزه، کاهش قابل توجهی در استحکام کششی مشاهده میشود. به دلیل عدم سازگاری بین فاز ماتریس و فاز پراکنده و چسبندگی ضعیف با اضافه کردن MTPS به SEPS استحکام کششی کاهش مییابد. ریز نگار از آمیزهها نشان میدهد که MTPS در آمیزه MTPS %10SEPS/ از پخش مناسبتری نسبت به سایر آمیزهها برخوردار است(در بخش4-4 در مورد آن بحث خواهد شد). این پخش مناسب سبب میشود که استحکام کششی با اضافه کردن %10 وزنی از MTPS کاهش شدیدی پیدا نکند. با افزایش بیشتر MTPS در آمیزه به دلیل خوشهای شدن بخشهای MTPSکاهش شدیدی در استحکام کششی نتیجه میشود.

شکل4- 5- نمودار استحکام کششی بر حسب درصد نشاسته

مدول یانگ
مدول یانگ از شیب ناحیه خطی منحنیهای تنش- کرنش که در شکل 4-4نشان داده شده است به دست میآید. در شکل4-6 مدول یانگ آمیزههای مختلف آورده شده است. نتایج حاصل از آزمون مکانیکی در حالت کشش نشان داد که مقادیر مدول یانگ با افزایش درصد وزنی نشاسته (جزء سخت) افزایش مییابد. در واقع نشاسته به عنوان پرکنندهی صلب باعث افزایش مدول آمیزهها میشود. در آمیزه با %wt50 نشاسته اصلاح شده افزایش شدیدی در مدول یانگ رخ داده است، که میتوان گفت در این ترکیب درصد به علت میزان زیاد نشاسته ماهیت آمیزه از الاستومری به پلاستیک گرمانرم در حال تغییر است.

شکل4- 6- نمودار مدول یانگ بر حسب درصد نشاسته

ازدیاد طول در پارگی
در شکل4-7 نمودار ازدیاد طول در پارگی آمیزههای SEPS/MTPS بر حسب درصد وزنی نشان داده شده است. اضافه کردن MTPS در آمیزه، ازدیاد طول در پارگی را کاهش می دهد. در آمیزههای پلیمری عموماً اضافه کردن جزء امتزاج ناپذیر به ماتریس چقرمه ازدیاد طول در پارگی را کاهش میدهد و همچنین با توجه به اینکه نشاسته یک ماده ترد و شکننده نسبت به SEPS میباشد، اضافه کردن آن به آمیزه باعث کاهش چقرمگی آمیزهها نسبت به SEPS خالص شد. آمیزهای با %10 وزنی از MTPS بیشترین ازدیاد طول در پارگی را نشان داد.

شکل4- 7- نمودار کرنش تا پارگی بر حسب درصد نشاسته

مورفولوژی
در این

دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید