Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/69028
Title: Biodegradability of microcrystalline cellulose/poly(lactic acid)-graftedmaleic anhydride/poly(lactic acid) composites
Other Titles: สภาพย่อยสลายได้ทางชีวภาพของวัสดุเชิงประกอบไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลส/พอลิแล็กทิกแอซิดกราฟต์มาเลอิกแอนไฮไดรด์/พอลิแล็กทิกแอซิด
Authors: Dhananya Masamran
Advisors: Duangdao Aht-Ong
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Science
Issue Date: 2011
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: This research aimed to prepare microcrystalline cellulose (MCC)/PLA composite films in which MCC was obtained from acid hydrolysis of cotton fabric (CT-MCC) by hydrochloric acid. In addition, maleic anhydride – grafted-polylactic acid (PLA-g-MA) was synthesized and used as a compatibilizer. The optimum conditions for PLA-g-MA synthesis were investigated in terms of reaction time and temperature. The results showed that the optimum conditions for synthesis PLA-g-MA was that PLA was dissolved in THF and using BPO as an initiator under nitrogen atmosphere at 85 ºC until 3 h. NMR, FT-IR, TGA, DSC, and SEM were used to characterize chemical structure and properties of PLA-g-MA. After that, the CT-MCC/PLA composites were prepared at various ratios (0, 10, 20, 30, and 40 wt%) while the amount of PLA-g-MA was fixed at 5 wt% based on MCC content by using a twin screw extruder and a compression molding, respectively. The mechanical properties, fractured surface, water absorption, thermal properties, and biodegradability of the composites were investigated. The results showed that the elongation at break of all composites increased with increasing CT-MCC loading. The composite films consisted of PLA-g-MA showed better mechanical properties than the uncompatibilized films. In particular, the 10%wt CT-MCC/5%PLA-g-MA/PLA composite films exhibited the highest tensile strength. These results were confirmed and in good agreement with the results from SEM analysis. Better adhesion and dispersion of the CT-MCC/PLA-g-MA/PLA composite films was observed. Moreover, uncompatibilized composite films exhibited higher water absorption than neat PLA, while the compatibilized composites showed lower water absorption than the uncompatibilized composite films. This is due to the hydrophobic surface of the formation of covalent bonds between the functional groups of maleic anhydride and the hydroxyl groups at the surfaces of CT-MCC. Finally, the biodegradability of the films was evaluated under (1) enzymatic degradation using lipase and cellulase and (2) controlled composting condition according to the waste water treatment system condition. The composite films can be degraded under both conditions, especially the biodegradation rate was increased after 4 days in enzymatic condition, and 4 weeks in the waste water treatment system condition. After degradation for 7 days, the %weight loss of 40%CT-MCC/PLA composite films under cellulase solution, lipase solution, and activated sludge system was 4%, 3%, and 1.74%, respectively.
Other Abstract: งานวิจัยนี้ทำการเตรียมฟิล์มวัสดุเชิงประกอบที่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพของพอลิแล็กทิกแอซิดเสริมแรงด้วยไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลสจากผ้าฝ้าย โดยได้ทำการเตรียมไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลสจากเศษผ้าฝ้ายโดยวิธีการไฮโดรลิซิสด้วยกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง และสังเคราะห์พอลิแล็กทิกแอซิดกราฟต์มาเลอิกแอนไฮไดรด์เป็นสารช่วยผสมด้วยกระบวนการแบบสารละลาย โดยทำการศึกษาเวลาและอุณหภูมิในการทำปฏิกิริยา พบว่าสภาวะที่เหมาะสมในการสังเคราะห์พอลิแล็กทิกแอซิดกราฟต์มาเลอิกแอนไฮไดรด์ คือการใช้เตตระไฮโดรฟิวแรนเป็นตัวทำละลาย และเบนโซอิลเปอร์ออกไซด์เป็นสารเริ่มปฏิกิริยา ภายใต้บรรยากาศไนโตรเจน ที่อุณหภูมิ 85 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3 ชั่วโมง แล้วทำการวิเคราะห์ลักษณะโครงสร้างทางเคมีและทางกายภาพของสารช่วยผสม จากนั้นจึงเตรียมวัสดุเชิงประกอบโดยทำการศึกษาผลของปริมาณของไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลสจากผ้าฝ้าย ซึ่งใช้อัตราส่วนโดยน้ำหนักที่ร้อยละ 0 10 20 30 และ 40 และใช้ปริมาณพอลิแล็กทิกแอซิดกราฟต์มาเลอิกแอนไฮไดรด์ที่ร้อยละ 5 โดยน้ำหนักโดยการผสมด้วยเครื่องผสมแบบเกลียวหนอนคู่และขึ้นรูปเป็นชิ้นงานด้วยเครื่องอัดแบบ จากนั้นนำไปทดสอบสมบัติเชิงกล วิเคราะห์ลักษณะพื้นผิวที่แตกหัก ความสามารถในการดูดซึมน้ำ สมบัติทางความร้อนและความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ จากผลการศึกษาพบว่า สมบัติเชิงกลของวัสดุเชิงประกอบได้แก่ ร้อยละการยืดตัว ณ จุดขาด มีค่าเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มปริมาณของไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลสจากผ้าฝ้าย และที่สำคัญพบว่าการปรับปรุงแรงยึดเหนี่ยวระหว่างพอลิแล็กทิกแอซิดและไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลสจากผ้าฝ้ายด้วยพอลิแล็กทิกแอซิดกราฟต์มาเลอิกแอนไฮไดรด์ ทำให้วัสดุ เชิงประกอบมีสมบัติเชิงกลที่ดีกว่าการไม่ใช้พอลิแล็กทิกแอซิดกราฟต์มาเลอิกแอนไฮไดรด์ วัสดุเชิงประกอบที่มีปริมาณไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลสจากผ้าฝ้ายร้อยละ 10 โดยน้ำหนักและใช้พอลิแล็กทิกแอซิด กราฟต์มาเลอิกแอนไฮไดรด์เป็นสารช่วยผสมมีค่าความทนแรงดึงสูงสุด โดยสามารถยืนยันได้จากการวิเคราะห์ลักษณะพื้นผิวที่แตกหักด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด พบว่า พอลิแล็กทิกแอซิดกราฟต์มาเลอิกแอนไฮไดรด์ ช่วยเพิ่มแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลสจากผ้าฝ้ายกับพอลิแล็กทิกแอซิด นอกจากนี้ยังพบว่าวัสดุเชิงประกอบที่มี ไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลสจากผ้าฝ้ายมีแนวโน้มในการดูดซึมน้ำสูงขึ้น ขณะที่เมื่อใส่พอลิแล็กทิกแอซิดกราฟต์มาเลอิก แอนไฮไดรด์ลงไปแล้วจะทำให้ความสามารถในการดูดซึมน้ำมีแนวโน้มที่ต่ำลง เนื่องจากการสร้างพันธะระหว่างหมู่ฟังก์ชันของมาลิอิกแอนไฮไดร์ดและหมู่ไฮดรอกซิลของไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลสจากผ้าฝ้าย นอกจากนี้ งานวิจัยนี้ได้ทดสอบความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพโดยวิธีการใช้เอนไซม์และวิธีการจุ่มในบ่อบำบัดน้ำเสียแบบตะกอนเร่ง พบว่า ฟิล์มที่ย่อยสลายโดยใช้วิธีเอนไซม์สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้เมื่อจุ่มอยู่ในสารละลายเอนไซม์เป็นเวลา 4 วันขึ้นไป ในขณะที่ฟิล์มที่ย่อยสลายโดยใช้วิธีการจุ่มในบ่อบำบัดน้ำเสียแบบตะกอนเร่งสามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้เมื่อจุ่มในบ่อบำบัดน้ำเสียเป็นเวลา 4 สัปดาห์ขึ้นไป หลังจากการย่อยสลายไปเป็นเวลา 7 วัน ฟิล์มวัสดุเชิงประกอบของพอลิแล็กทิกแอซิดที่มีไมโครคริสตัลลีนเซลลูโลสจากผ้าฝ้ายร้อยละ 40 ภายใต้เอนไซม์ไลเปส เอนไซม์เซลลูเลสและระบบบำบัดน้ำเสียแบบตะกอนเร่ง พบว่ามีค่าร้อยละโดยน้ำหนักของฟิล์มที่ลดลงคือ 4 3 และ 1.74 ตามลำดับ
Description: Thesis (M.Sc.)--Chulalongkorn University, 2011
Degree Name: Master of Science
Degree Level: Master's Degree
Degree Discipline: Applied Polymer Science and Textile Technology
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/69028
Type: Thesis
Appears in Collections:Sci - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dhananya_5272332823.pdf3.48 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.