Stereocomplex PLLA-PBAT Copolymer and Its Composites with Multi-walled Carbon Nanotubes for Electrostatic Dissipative Application

Abstract

Because of its low thermal stability and brittleness, both drawbacks of poly (L-lactide) (PLLA) were solved by forming stereocomplex and its copolymer with poly (butylene adipate-co-terephthalate) (PLLA-PBAT). In this study, we synthesized PLLA and PLLA-PBAT copolymer by ring-opening polymerization. Both polymers were blended with poly (D-lactide) (PDLA) to form stereocomplex crystals. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were added in the polymer matrix at 5 phr through the solvent casting method. The surface resistance of the composite was 106 W, which is appropriate for electrostatic dissipative (ESD) purposes. The copolymer and its stereocomplex crystallites were confirmed by peaks of infrared spectra at 922 cm-1 and 908 cm-1, respectively. The PLLA-PBAT copolymer had 60% lower tensile strength than PLLA and its stereoccomplex, but 10% higher elongation at break. The elongation at break of the PLLA-PBAT copolymer/MWCNT composite decreased by 17% while its thermal stability slightly increased when compared to the unfilled copolymer. The melting temperature for both stereocomplex PLLA-PBAT copolymers, with and without MWCNTs, was around 225°C, 50°C higher than that of the homocrystals. Moreover, the glass transition temperature and crystallinity of the stereocomplex PLLA-PBAT copolymer also increased by adding MWCNTs.

เนื่องจากความเสถียรทางความร้อนต่ำและความเปราะสูงเป็นข้อเสียทั้งสองของพอลิ (แอล-แลคไทด์) (PLLA) จึงได้รับปรับปรุงโดยการสร้างสเตอริโอคอมเพล็กซ์และโคพอลิเมอร์ด้วยพอลิ (บิวทิลีน อะดิเพต-โค-เทเรฟทาเลต) (PLLA-PBAT) ในการศึกษานี้ เราสังเคราะห์ PLLA และ PLLA-PBAT โคพอลิเมอร์ โดยปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบเปิดวง จากนั้นนำพอลิเมอร์ทั้งสองผสมกับพอลิ (ดี-แลคไทด์) (PDLA) เพื่อสร้างผลึกสเตอริโอคอมเพล็กซ์ ผสมท่อนาโนคาร์บอนแบบมีผนังหลายชั้น (MWCNTs) ที่ปริมาณ 5 phr ผ่านวิธีการหล่อขึ้นรูปฟิล์มด้วยตัวทำละลาย จากผลการทดสอบสมบัติทางไฟฟ้า พบว่าความความต้านทานไฟฟ้าพื้นผิวของคอมโพสิตประมาณ 106 W ซึ่งเหมาะสมสำหรับใช้ในการกระจายไฟฟ้าสถิต (ESD) โคพอลิเมอร์และผลึกสเตอริโอคอมเพล็กซ์ของมันได้รับการยืนยันโดยพีคของสเปกตรัมอินฟราเรดที่ 922 cm-1 และ 908 cm-1 ตามลำดับ ผลทดสอบสมบัติทางกลของ PLLA-PBAT โคพอลิเมอร์มีความต้านทานแรงดึงต่ำกว่า PLLA และสเตอริโอคอมเพล็กซ์ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ แต่ค่ายืดตัวที่จุดขาดสูงกว่า 10 เปอร์เซ็นต์ การยืดตัวที่จุดขาดของ PLLA-PBAT+MWCNT ลดลง 17 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่ความเสถียรทางความร้อนเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับโคโพลิเมอร์ที่ไม่ผสม MWCNT อุณหภูมิหลอมเหลวสำหรับ PLLA-PBAT โคพอลิเมอร์แบบสเตอริโอคอมเพล็กซ์ที่ผสมและไม่ผสม MWCNT อยู่ที่ประมาณ 225 องศาเซลเซียส ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิของโฮโมคริสตัล 50 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วและความเป็นผลึกของ PLLA-PBAT โคพอลิเมอร์ แบบสเตอริโอคอมเพล็กซ์ยังเพิ่มขึ้นเมื่อผสม MWCNT อีกด้วย