Improvement of poly(L-lactide)-b-poly(ethylene glycol)-b-poly(L-lactide) film properties with nanocellulose

Abstract

The improvement and study properties of PLLA and PLLA-PEG-PLLA was mixed nanocellulose (NC) and modified NC. The NC in this work was extracted from rice straw by alkali treatment (2M, NaOH), bleaching process with 18.5% H2O2 and hydrolysis (64%, H2SO4). The size of the NC was obtained (after the hydrolysis process) around 50-91 nm and 225-396 nm by particle size analyzer. While the diameter of size NC from transmission electron microscope (TEM) displayed 30.22±1.7 nm. However, NC displayed high hydrophilicity which has low compatibility with polymer matrix (hydrophobicity). Thus, in this research, the NC was modified by [3- (2,3-Epoxypropoxy) -propyl] -trimethoxysilane. The size of the modified NC presented 225-396 nm (particle size analyzer) and 35.53±1.6 nm (TEM). The composite films were prepared by solution casting method using PLLA or PLLA-PEG-PLLA and NC or modified NC with different weight ratios (100/0, 99/1, 97/3and 95/5). The composite films were characterized by fourier transform infrared spectrometer (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) for an analysis functional group, X-ray diffractometer (XRD) for study crystallinity properties, scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) for analysis morphology, differential scanning calorimeter (DSC) and Thermogravimetric analyzer (TGA) for examining the thermal properties, universal testing machine for study mechanical properties. The thermal properties, mechanical properties, crystallinity properties and water adsorption of composite films were increased when increasing the amount of NC or modified NC. It can be used as reinforcing agents to increase the thermal and mechanical properties of PLLA and PLLA-PEG-PLLA. Meanwhile, the composite films containing 1% modified NC showed the best thermal and mechanical properties.

การปรับปรุงและศึกษาสมบัติของพอลิแอลแล็กไทด์ และ พอลิแอล-แล็กไทด์-บล็อก-พอลิเอทิลีนไกลคอล-บล็อก-พอลิแอล-แล็กไทด์ด้วยการเพิ่มสารตัวเติม โดยสารตัวเติมที่ใช้ในงานวิจัยนี้สกัดจากฟางข้าว ผ่านกระบวนการอัลคาไลน์ใช้สารโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้น 2 โมลาร์ กระบวนการฟอกขาวโดยใช้ 18.5 เปอร์เซ็นต์ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และผ่านกระบวนการไฮโดรไลซิสโดย 64 เปอร์เซ็นต์ของกรดซัลฟิวริก ขนาดของเซลลูโลสที่ผ่านกระบวนการไฮโดรไลซิส มี 2 ขนาดคือ 50- 91 นาโนเมตร และ 225-396 นาโนเมตร ยืนยันลักษณะเฉพาะโดยใช้เครื่องวัดขนาดอนุภาค ดังนั้นจึงเรียกเซลลูโลสที่ผ่านกระบวนไฮโดรไลซิสว่า เซลลูโลสนาโนคริสตัล อย่างไรก็ตาม เซลลูโลสนาโนคริสตัลมีความชอบน้ำสูงเนื่องจากมีหมู่ไฮดรอกซิลเป็นองค์ประกอบทำให้มีความเข้ากันได้กับพอลิเมอร์ที่ต่ำ ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงมีการปรับปรุงหมู่ฟังก์ชันของเซลลูโลสนาโนคริสตัลด้วย [3-(2,3-อีพ็อกซีโพรพ็อกซี)-โพรพิล]-ไตรเมท็อกซีไซเลน ขนาดของสารที่ผ่านการดัดแปลงหมู่ฟังก์ชันมีขนาด 225-396 นาโนเมตร คอมโพสิตฟิล์มเตรียมโดยวิธีการหล่อสารละลายโดยใช้พอลิเมอร์และฟิลเลอร์ที่มีอัตราส่วนน้ำหนักต่างกัน 100/0, 99/1, 97/3 และ 95/5 การพิสูจน์ลักษณะจำเพาะของคอมโพสิตฟิล์มโดยใช้เครื่องฟูเรียร์ทรานสฟอร์มอินฟราเรดสเปคโตรมิเตอร์เพื่อวิเคราะห์หมู่ฟังก์ชัน เครื่องวิเคราะห์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ใช้เพื่อวิเคราะห์ความเป็นผลึก กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดใช้สำหรับการวิเคราะห์สัณฐาน การวิเคราะห์สมบัติเชิงความร้อนโดยใช้เครื่องดิฟเฟอเรนเชียลสแกนนิงแคลอริมิเตอร์ และเครื่องเทอร์โมกราวิเมทริกอะนาลิซิส และวิเคราะสมบัติเชิงกลโดยใช้เครื่องทดสอบแรงดึง และการวิเคราะห์การดูดซับความชื้น ผลการวิจัยพบว่าสมบัติเชิงความร้อน สมบัติเชิงกล ความเป็นผลึก และการดูดซับน้ำเพิ่มมากขึ้นเมื่อปริมาณสารตัวเติมมากขึ้น