Effect of nanofiller on in-situ fibrillation of dispersed PE phase in PLA blend.

Abstract

This research is aimed to improve ductility of PLA by blending with PE containing different branched structures which are HDPE, LLDPE and LDPE. The films of PLA/PE with various contents of PE at 5-30 % by weight were extruded as cast film. It was found that HDPE, LLDPE and LDPE was dispersed as fibril in PLA matrix and named as in-situ fibrillation. The fibrillated morphology of PE will present at PE content as high as 20% otherwise the PE phase was changed to sheet structure. LLDPE showed better dispersion than other PE. PE also induced PLA to cold crystalline at lower temperature than neat PLA. whereas degree of crystallinity of PLA was increased about 2-10 % compared to neat PLA film. LLDPE was also found to affect thermal properties of PLA significantly. Incorporation of LLDPE into PLA decreased Tg of PLA about 2 °C. In term of tensile properties, it was found that Young’s modulus and yield strength were decreased with PE contents. The second objective was to investigate the effect of C15A and C30B on the morphology of PLA/PE film. The result showed that the presence of C15A and C30B led to finely dispersed PE fibril in PLA matrix. The presence of clay induced PLA to cold crystalline at lower Tcc and higher degree of crystallinity than in the PLA/PE blends. Addition of C30B enhanced Young’s modulus, and yield strength of PLA/PE better than C15A. For water permeability, it was decreased with PE content due its low polarity. Incorporation C15A into PLA/PE film led to fine dispersed PE fiber and hence lower water permeability than PLA/PE. For PLA/PE/C30B, water permeability was enhanced since the fine PE fiber and also the partial exfoliation of C30B in PLA phase. Considering the CO2 and O2 permeability through PLA/PE, gases transmission rate were increased with PE content whereas the rates were decreased with the presence of clay. It was clear that gases diffused through PLA/PE/C30B film with slower rate than that PLA/PE/C15A film.

พอลิแลกติกแอซิด (Poly lactic acid, PLA) เป็นพลาสติกที่สามารถย่อยสลายได้ในทางชีวภาพ ซึ่งสมบัติเด่นของ PLA คือมีความใสและสมบัติเชิงกลที่ค่อนข้างดี งานวิจัยนี้จึงมีจุดประสงค์หลักคือการศึกษาผลของการใช้ PE ที่มีกิ่งแตกต่างกันของ HDPE, LLDPE และ LDPE ที่ปริมาณการผสม 5-30 เปอร์เซ็นต์ ต่อสัณฐานวิทยาของฟิล์ม PLA/PE โดยเตรียมฟิล์มด้วยเครื่องอัดรีด (Cast film extruder) ในฟิล์มที่เตรียมได้ PE จะมีสัณฐานวิทยาเป็นเส้นใยโดยเรียกกระบวนการนี้ว่า in-situ fibrillation สัณฐานวิทยาที่เป็นเส้นใยนี้จะเกิดที่ปริมาณ PE ไม่เกิน 20 เปอร์เซ็นต์ ที่ปริมาณ PE สูงขึ้น PE จะมีสัณฐานเป็นแผ่นชีท นอกจากนี้ยังพบว่า LLDPE มีการกระจายตัวใน PLA ได้ดีกว่า HDPE และ LDPE การผสม PE ลงใน PLA จะส่งผลให้ PLA สามารถเกิดผลึกขณะได้รับความร้อนได้ที่อุณหภูมิต่ำลง โดยมีอุณหภูมิเกิดผลึกขณะให้ความร้อนลดลง 4-8 องศาเซลเซียสและมีปริมาณผลึกที่มากขึ้น 2-10 เปอร์เซ็นต์ ในกรณีของฟิล์ม PLA/LLDPE พบว่า Tg ของ PLA ลดลงประมาณ 2 องศาเซลเซียสแสดงถึงอิทธิพลของ LLDPE ที่มีต่อ PLA ในฟิล์มที่มีมากกว่า HDPE และ LDPE สำหรับสมบัติการดึงยืด พบว่าการเติม PE ที่ปริมาณไม่เกิน 20 เปอร์เซ็นต์ จะทำให้ฟิล์มมีความเป็น ductile มากขึ้น แต่เมื่อเติมมากขึ้นจะทำให้ความสามารถในการยืดออกของฟิล์ม PLA/PE ลดลง นอกจากนี้ค่าแรงเค้น ณ จุดครากและค่าโมดูลัสของฟิล์ม PLA/PE มีค่าลดลงเมื่อเพิ่มปริมาณการผสม PE วัตถุประสงค์ข้อที่ 2 เพื่อศึกษาผลของเคลย์ C15A และ C30B ที่มีต่อสัณฐานวิทยาของฟิล์ม PLA/HDPE, PLA/LLDPE และ PLA/LDPE พบว่าเมื่อเติมเคลย์วัฏภาค PE จะเป็นเส้นใยที่มีขนาดเล็กลงอย่างมาก นอกจากนี้การเติมเคลย์ยังส่งผลให้ PLA เกิดผลึกขณะให้ความร้อนได้ง่ายขึ้น (อุณหภูมิลดลง 10-15 องศาเซลเซียส) และมีปริมาณผลึกที่มากขึ้น (เพิ่มขึ้น 2-12 เปอร์เซ็นต์) สำหรับสมบัติการซึมผ่านของไอน้ำของฟิล์ม PLA/PE มีการซึมผ่านไอน้ำลดลงเมื่อเพิ่มปริมาณการผสม PE ในทางตรงกันข้ามการผสม PE จะส่งผลให้การซึมผ่านแก๊สออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นตามปริมาณการผสม PE เมื่อใส่เคลย์ลงไปจะส่งผลให้การซึมผ่านแก๊สของฟิล์มที่เติม C30B มีค่าน้อยกว่าฟิล์มที่เติมเคลย์ C15A