Date of Award

6-2020

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Chemical Engineering (MSChE)

Department

Chemical and Petroleum Engineering

First Advisor

Dr. Muhammad Zafar Iqbal

Second Advisor

Basim Abu-jdayil

Abstract

With increasing stringent environmental regulations and attempts to reduce dependence on fossil fuels for polymer production, bio-based polymers are receiving appreciable global attention. In this context, bio-based poly (lactic acid) (PLA) is one of the most frequently used polymers in packaging applications. However, despite of its high versatility, this polymer is limited in packaging applications due to its low mechanical properties. The two-dimensional nanofillers such as nanoclay and graphene are well known for improving the thermo-mechanical properties of polymers at low concentrations. However, increasing higher filler concentration to improve barrier properties of polymers reduces their mechanical properties which is a drawback. This thesis investigates the effects of two-dimensional nanoclays on the thermal, mechanical, and barrier properties of PLA/clay nanocomposites.

The nanocomposites of PLA with clay and chemically modified clay were synthesized via the solution blending method, and their thermal and mechanical properties were investigated. Several characterization techniques were used to understand the chemical structure of nanoclays and the thermophysical properties of PLA/clay nanocomposites. The x-ray diffraction indicated increased dispersion and exfoliation of modified clay in PLA compared to unmodified clay. A significant decrease in percent crystallinity of PLA-modified clay nanocomposites was observed. A higher Young’s modulus and yield strength and reduced elongation at break revealed increased filler/polymer interactions in PLA/modified clay nanocomposites. Moreover, results from gas permeability revealed 75% reduction in Nitrogen gas permeability for PLA/Modified nanocomposites at 5wt%. The results could be used as a fundamental understanding of clay/PLA interactions for thin-film packaging applications. However, a detailed analysis of extensional rheology is required to assess the feasibility of these nanocomposites for film blowing applications.

Comments

مع زيادة اللوائح البيئية الصارمة ومحاولات تقليل الاعتماد على الأحافير لإنتاج البوليمر، تحظى البوليمرات الحيوية باهتمام عالمي ملموس. في هذا السياق، يعد بولي )حمض اللاكتيك( الحيوي القائم على البوليمرات أحد أكثر البوليمرات استخدامًا في التعبئة والتغليف. ومع ذلك، على الرغم من تنوعها العالي، فإن هذا البوليمر محدود في تطبيقات التعبئة والتغليف بسبب خصائصه الميكانيكية المنخفضة. تُعرف حشوات النانو ثنائية الأبعاد مثل طبقة النانو والجرافين بتحسين الخصائص الميكانيكية الحرارية للبوليمرات بتركيزات منخفضة. ومع ذلك، فإن زيادة تركيز حشو أعلى لتحسين خصائص حاجز البوليمرات يقلل من خصائصها الميكانيكية وهو عيب. تبحث هذه الرسالة في تأثيرات الطبقات النانوية ثنائية الأبعاد على الخصائص الحرارية والميكانيكية ا والحاجزة للمركبات النانو PLA / لطين .

تم تصنيع المركبات النانوية من PLA مع الصلصال والصلصال المعدل كيميائيا عبر طريقة مزج المحلول، وتم فحص خصائصها الحرارية والميكانيكية. تم استخدام العديد من تقنيات التوصيف لفهم التركيب الكيميائي للطبقات النانوية والخواص الحرارية الفيزيائية للمركبات النانوية PLA / الطين. أشار حيود الأشعة السينية إلى زيادة تشتت وتقشير الطين المعدل في PLA مقارنة بالطين غير المعدل. لوحظ انخفاض معنوي في النسبة المئوية لبلورة المركبات النانوية المعدلة من PLA . أظهر معامل يونغ الأعلى وقوة الخضوع وانخفاض الاستطالة عند الكسر زيادة تفاعلات الحشو / البوليمر في PLA / مركبات نانوية معدلة من الطين. علاوة على ذلك، تم عرض نتائج نفاذية الغازالتي كشفت عن انخفاض 75 % في نفاذية غاز النيتروجين عند نسبة 5 % من PLA / الطين المعدل. يمكن استخدام النتائج كفهم أساسي لتفاعلات الطين PLA / لتطبيقات تغليف الأغشية الرقيقة. ومع ذلك، هناك حاجة إلى تحليل مفصل للريولوجيا الموسعة لتقييم جدوى هذه المركبات النانوية لتطبيقات نفخ الأفلام.

.

Download
COinS