Preparation of polymer composite from biodegradable polymers and coffee bean waste for agriculture application

Abstract

This research was aimed to study feasibility to improve properties of PBS to be suitable for agriculture application. The study was divided into two parts. The first part was performed to improve properties of PBS by blending with PBAT in 5, 10, 15 and 20 wt%. Perkadox14S was incorporated 0.001 phr as initiator for crosslinking then prepared into films with a cast film extruder. The reactive blending using Perkadox in 85/15p film gave the best physical mechanical properties. This was due to this composition had high ratio of Perkadox to PBS that could induce high chain scission to occur. As the chain scission was occurred, the blending of PBS and PBAT had similar melt viscosity and more compatibility. DSC analysis indicated that polymer blend had lower crystallinity when PBAT was incorporated. From TGA investigated that thermal stability of polymer blend appeared no significantly difference from PBS. In the second part, the suitable ratio of PBS/PBAT was mixed with spent coffee ground (SCG) and ammonium sulfate adsorbed spent coffee ground (SCGN) in 3, 5 and 10 wt% then fabricated into composite films. The mechanical properties of composite films were decreased due to incompatibility between fillers and polymer that agreeable with SEM. Moisture absorption results indicated that the composite films absorbed higher moisture content than PBS film. From (NH4)2SO4 release test, it showed that diffusion of (NH4)2SO4 from SCGN composite films was lower than PBS film added (NH4)2SO4 directly in initial of the test. Compared to PBS film, the biodegradability of composite films was improved due to higher hydrolysis of PBS from better moisture absorption when adding SCG.

งานวิจัยนี้จัดทำขึ้นเพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการปรับปรุงสมบัติของ PBS และนำไปประยุกต์ใช้เป็นวัสดุใช้สอยทางการเกษตร โดยแบ่งงานวิจัยออกเป็น 2 ส่วน ส่วนแรกทำการปรับปรุงสมบัติของ PBS ด้วย PBAT ในปริมาณ 5 10 15 และ 20 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก และมี Perkadox14S ปริมาณคงที่ 0.001 phr เป็นสารริเริ่มการเกิดปฏิกิริยาเชื่อมขวาง ทำการขึ้นรูปเป็นแผ่นฟิล์มด้วยเครื่อง Cast film extruder ทำการทดสอบสมบัติด้านต่างๆ เพื่อให้หาอัตราส่วนที่เหมาะสม จากการทดสอบพบว่าสมบัติเชิงกลของฟิล์มพอลิเมอร์ผสมที่เติม PBAT ในปริมาณต่างๆมีค่าไม่แตกต่างจากฟิล์ม PBS แต่เมื่อทำการเติม Perkadox พบว่าฟิล์มที่อัตราส่วน 85/15p มีสมบัติเชิงกลและลักษณะทางกายภาพที่เหมาะสมที่สุด เนื่องจากที่อัตราส่วนผสมนี้จะมีสัดส่วนระหว่าง Perkadox ต่อ PBS ที่สูง ซึ่งอาจเกิดการตัดสายโซ่ (Chain scission) ได้มาก ส่งผลให้ความหนืดของพอลิเมอร์ทั้งสองชนิดมีความใกล้เคียงกัน ทำให้มีความเข้ากันได้มากขึ้น สำหรับสมบัติทางความร้อนพบว่าการเติม PBAT จะทำให้เกิดการขัดขวางการตกผลึกของ PBS แต่เสถียรภาพทางความร้อนของพอลิเมอร์ผสมไม่มีการเปลี่ยนแปลงมากนักเมื่อเทียบกับฟิล์ม PBS จากนั้นในส่วนที่สองทำการเตรียมฟิล์มคอมพอสิตที่มีการผสมกากกาแฟ (SCG) และกากกาแฟที่มีการดูดซับแอมโมเนียมซัลเฟตไว้ (SCGN) ในปริมาณ 3 5 และ 10 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก จากนั้นทำการทดสอบสมบัติต่างๆพบว่าการเติมกากกาแฟส่งผลให้สมบัติเชิงกลของฟิล์มพอลิเมอร์ลดลง เนื่องจากความเข้ากันไม่ได้ของแต่ละวัฏภาคซึ่งสอดคล้องกับภาพ SEM ผลการทดสอบความสามารถในการดูดซับความชื้นพบว่าแผ่นฟิล์มคอมพอสิตสามารถดูดซับความชื้นได้เพิ่มมากขึ้นเมื่อเทียบกับฟิล์ม PBS จากการศึกษาการปลดปล่อย (NH4)2SO4 ในน้ำพบว่าการแพร่ออกของ (NH4)2SO4 ที่ถูกดูดซับในกากกาแฟจากฟิล์มคอมพอสิต มีปริมาณน้อยกว่าฟิล์ม PBS ที่ทำการเติม (NH4)2SO4 เข้าไปโดยตรงในช่วงแรก สำหรับการย่อยสลายในดินพบว่าเมื่อเพิ่มปริมาณกากกาแฟ ทำให้แผ่นฟิล์มมีแนวโน้มเกิดการย่อยสลายได้เร็วขึ้น น่าจะเป็นผลมาจากการเกิดไฮโดรไลซิสของ PBS เพิ่มขึ้นจากการดูดความชื้นได้ดีเมื่อผสมกากกาแฟ