อิทธิพลของสารประกอบที่ว่องไวต่อปฏิกิริยาเคมีต่อความเข้ากันได้และสมบัติของพอลิเมอร์เบลนด์ระหว่างพอลิบิวทิลีนซัคซิเนตและพอลิแลคติกแอซิด

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาระบบการทาพอลิเมอร์เบลนด์ระหว่างพอลิบิวทิลีนซัคซิเนต และพอลิแลคติกแอซิด (PBS/PLA) โดยมีพอลิบิวทิลีนซัคซิเนตเป็นเมทริกซ์หลัก ผ่านกระบวนการผสมด้วยเครื่องผสมภายในแบบปิด หรือเครื่องอัดรีดชนิดสกรูคู่ แล้วศึกษาอิทธิพลของชนิด และปริมาณของสารประกอบที่ว่องไวต่อปฏิกิริยาเคมีต่อลักษณะสัณฐานวิทยา สมบัติเชิงกล สมบัติทางความร้อน สมบัติเชิงรีโอโลยี และปริมาณเจลที่เกิดขึ้นของพอลิเมอร์เบลนด์ ซึ่งสารประกอบที่ว่องไวต่อปฏิกิริยาเคมีที่ใช้ในงานวิจัยนี้ ได้แก่ Di(tert-butylperoxyisopropyl) benzene (Perkadox 14-40B-PD), Joncryl® ADR-4368 และ Titanium (IV) butoxide (TBT) จากลักษณะสัณฐานวิทยาพบว่าการเติม Perkadox หรือ Joncryl ช่วยทาให้อนุภาคของ PLA มีขนาดเล็กลง มีการกระจายตัวสม่าเสมอ ในเมทริกซ์ของ PBS และมีการยึดเกาะที่ผิวรอยต่อระหว่างเฟสที่ดีขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับพอลิเมอร์เบลนด์แบบ ไม่มีปฏิกิริยาเคมี ส่งผลให้พอลิเมอร์เบลนด์ PBS/PLA มีสมบัติความต้านทานต่อการดึงยืด และ ความต้านทานต่อการกระแทกที่ดีขึ้น มีอุณหภูมิการสลายตัวทางความร้อนสูงขึ้น เมื่อพิจารณาปริมาณเจลที่เกิดขึ้นเท่ากันที่ 8% พบว่าจะต้องใช้ Perkadox ปริมาณ 0.0075 phr ซึ่งน้อยกว่า Joncryl ที่ใช้ปริมาณ 1.0 phr แสดงให้เห็นว่า Perkadox มีความว่องไวในการเข้าทาปฏิกิริยากับ PBS/PLA ที่มี PBS เป็นเฟสหลัก มากกว่า Joncryl และเมื่อนาเจลที่ได้มาทาการทดสอบ FTIR และ 1H-NMR พบว่ามี graft-copolymer ระหว่าง PBS และ PLA เกิดขึ้นจริง เมื่อเปรียบเทียบอิทธิพลของการเติม Perkadox หรือ Joncryl ในพอลิเมอร์เบลนด์ PLA/PBS ที่มี PBS เป็นเฟสหลักกับ PLA เป็นเฟสหลัก พบว่า พอลิเมอร์เบลนด์ที่มี PLA เป็นเฟสหลัก จะมีการยึดเกาะที่ผิวรอยต่อระหว่างเฟสที่ดีกว่า ในขณะที่ พอลิเมอร์เบลนด์ PBS/PLA ที่มีการเติม TBT พบว่าไม่ส่งผลให้ลักษณะสัณฐานวิทยา และสมบัติเชิงกลของพอลิเมอร์เบลนด์เกิดการเปลี่ยนแปลง เมื่อทดสอบสมบัติทางความร้อนของพอลิเมอร์เบลนด์แบบไม่มีปฏิกิริยาเคมี และรีแอคทีฟเบลนด์ของ PBS/PLA ที่มี PBS เป็นเฟสหลัก ด้วยเทคนิค DSC พบว่าอุณหภูมิ Tg และ Tm ของ PLA และ PBS ในพอลิเมอร์บลนด์ไม่มีการเปลี่ยนแปลง แต่จากการทดสอบการสลายตัวทางความร้อนด้วยเทคนิค TGA พบว่าการเติม Perkadox หรือ Joncryl ส่งผลให้ พอลิเมอร์เบลนด์ PBS/PLA มีอุณหภูมิที่เริ่มเกิดการสลายตัวสูงขึ้นเล็กน้อย นอกจากนี้เมื่อทดสอบ สมบัติเชิงรีโอโลยีด้วยเครื่อง DMA พบว่าพอลิเมอร์เบลนด์ PBS/PLA มีค่า G’, G” และ η* สูงกว่า Neat PBS และ Neat PLA เนื่องจากพอลิเมอร์เบลนด์ PBS/PLA มีความยืดหยุ่นมากขึ้น และเมื่อเติม Perkadox หรือ Joncryl ลงไปในพอลิเมอร์เบลนด์ PBS/PLA พบว่าความหนืดเชิงซ้อนมีค่าสูงขึ้นมาก อาจเนื่องมาจากพอลิเมอร์เบลนด์มีน้าหนักโมเลกุลสูงขึ้น The objective of this work was to study the blends of poly(butylene succinate)/ poly(lactic acid) (PBS/PLA) systems, using poly(butylene succinate) as a matrix by one-step blend process in an internal mixer or a twin screw extruder. The effects of types and contents of reactive compounds in PBS/PLA blends were also investigated. The morphology, mechanical, thermal and rheological properties of the blends were studied. Reactive compounds, Di(tert-butylperoxy isopropyl) benzene (Perkadox 14-40B-PD), Joncryl® ADR-4368 and Titanium(IV) butoxide (TBT) were selected for comparison. By observing morphology of the blends, it was found that using the Perkadox or Joncryl resulted in fine and more uniform PLA particles dispersed in PBS matrix and showed a better interfacial adhesion than the non-reactive blends. The better morphology of the reactive blends provided the higher tensile and impact properties and thermal degradation temperature than the non-reactive blends. For the constant gel content of 8%, Perkadox of 0.0075 phr was required, where the amount of Joncryl was 1.0 phr, it could be postulated that Perkadox was more reactive with PBS/PLA than Joncryl. The gel fractions were characterized by FTIR and 1H-NMR and it revealed the formation of graft-copolymer of PBS and PLA. When compared the systems consisting of Perkadox with Joncryl, the blends using PLA as a matrix showed a better interfacial adhesion than the blends using PBS as a matrix. In the case of TBT system, the morphology and mechanical properties were unaffected. Thermal properties of blends were characterized by DSC, it was found that the Tg and Tm of PLA and PBS remained almost unchanged. The addition of Perkadox or Joncryl to PBS/PLA blends is likely to improve the thermal degradation temperature compared with non-reactive blends. Rheological properties were studied by DMA, it was found that the non-reactive blends showed higher G’, G” and η* than neat PBS and neat PLA. This could be due to the blends provided the higher elasticity. The addition of Perkadox or Joncryl, showed higher complex viscosity. This may be cause the increased molecular weight of blends.