การศึกษาการเตรียมและสมบัติของวัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชจากแป้งดัดแปรที่มีเส้นใยใบสับปะรดเป็นวัสดุเสริมแรง
Preparation and Properties of Pineapple Leaf Fiber Based Thermoplastic Modified Starch Composite
Abstract
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการเตรียมและสมบัติของวัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชจากแป้งดัดแปร (Thermoplastic Modified Starch; TPMS) ที่มีเส้นใยใบสับปะรด (Pineapple Leaf Fiber; PALF) เป็นวัสดุเสริมแรงที่ 0, 2, 4, 6 และ 8 phr ตามลำดับ ด้วยเครื่องผสมแบบปิด (Internal Mixer) จากนั้นขึ้นรูปชิ้นงานทดสอบด้วยเครื่องกดอัดแบบร้อน (Compression Molding Machine) โดยศึกษาผลของปริมาณการเติมเส้นใยใบสับปะรดที่ส่งผลต่อสมบัติเชิงกล ดัชนีการไหล และสมบัติทางสัณฐานวิทยา พบว่า คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชจากแป้งดัดแปรมีค่าความต้านทานแรงดึงสูงสุด และค่ายังส์มอดูลัสเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มปริมาณเส้นใยใบสับปะรด อย่างไรก็ตาม ค่าร้อยละการรยืด ณ จุดขาด และค่าความต้านทานต่อการกระแทกมีค่าลดลง เมื่อพิจารณาที่ค่าดัชนีการไหล พบว่าคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชจากแป้งดัดแปรมีค่าดัชนีการไหลต่ำกว่าเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชจากแป้งดัดแปรที่ไม่เติมเส้นใยใบสับปะรด นอกจากนั้น คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชจากแป้งดัดแปรจะมีค่าดัชนีการไหลลดลงเมื่อเพิ่มปริมาณเส้นใยใบสับปะรด จากการตรวจสอบลักษณะทางสัณฐานวิทยาของคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชจากแป้งดัดแปรด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) พบว่า เส้นใยใบสับปะรดสามารถยึดติดกับเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชจากแป้งดัดแปรได้ดีจึงส่งผลให้มีค่าความต้านทานแรงดึงสูงสุด และค่ายังส์มอดูลัสเพิ่มขึ้น
The purpose of this research was to study the preparation and properties of Pineapple Leaf Fiber (PALF) based Thermoplastic Modified Starch (TPMS) composites with pineapple leaf fiber content at 0, 2, 4, 6, and 8 phr respectively by using an internal mixer. The test specimens were prepared by compression molding machine. Mechanical properties, Melt Flow Index (MFI) and morphological properties of thermoplastic modified starch combined with pineapple leaf fiber content were studied. The results showed that tensile strength and young’s modulus increased with an increasing of PALF content. However, elongation at break (%) and impact strength decreased with an increasing of PALF content. The Melt Flow Index showed that non-reinforced TPMS had a higher MFI than the thermoplastic modified starch composites. Moreover, the MFI of thermoplastic modified starch composites decreased with the increasing PALF content. The morphology of thermoplastic modified starch composites as captured by Scanning Electron Microscopy (SEM) illustrated that PALF had a good adhesion with thermoplastic modified starch. Therefore, the results showed tensile strength and young’s modulus increased.
Keywords
[1] A. K. Mohanty, M. Misra, and L. T. Drzal, “Sustainable bio-composites from renewable resources: opportunities and challenges in the green materials world,” Journal of Polymers and the Environment, vol 10, no. 1, pp. 19–26, 2002.
[2] A. Wattanakornsiri, K. Pachana, S. Kaewpirom, M. Traina, and C. Migliaresi, “Preparation and properties of green composites based on tapioca starch and differently recycled paper cellulose fibers,” Journal of Polymers and the Environment, vol. 20, no. 3, pp. 801–809, 2012.
[3] S. Kaewpirom, and C. Worrarat, “Preparation and properties of pineapple leaf fiber reinforced poly (lactic acid) green composites,” Fibers and Polymers, vol. 15, no. 7, pp. 1469–1477, 2014.
[4] M. Akrami, I. Ghasemi, H. Azizi, M. Karrabi, and M. Seyedabadi, “A new approach in compatibilization of the poly (lactic acid)/ thermoplastic starch (PLA/TPS) blends,” Carbohydrate Polymers, vol. 144, pp. 254–262, 2016.
[5] V. P. Cyras, L. B. Manfredi, M. T. Ton-That, and A. Vázquez, “Physical and mechanical properties of thermoplastic starch/montmorillonite nanocomposite film,” Carbohydrate Polymers, vol. 73, no. 1, pp. 55–63, 2008.
[6] S. Wangtueai, T. Chaiyaso, P. Rachtanapun, P. Jantrawut, W. Ruksiriwanich, P. Seesuriyachan, and K. Jantanasakulwong, “Thermoplastic cassava starch blend with polyethylenegrafted- maleic anhydride and gelatin coreshell structure compatibilizer,” International Journal of Biological Macromolecules, vol. 197, pp. 49–54, 2022.
[7] R. Yoksan, A. Boontanimitr, N. Klompong, and T. Phothongsurakun, “Poly (lactic acid)/ thermoplastic cassava starch blends filled with duckweed biomass,” International Journal of Biological Macromolecules, vol. 203, pp. 369–378, 2022.
[8] C. Ge, B. Lansing, and C. L. Lewis, “Thermoplastic starch and poly (vinyl alcohol) blends centered barrier film for food packaging applications,” Food Packaging and Shelf Life, vol. 27, pp. 100610, 2021.
[9] K. M. Dang, R. Yoksan, E. Pollet, and L. Avérous, “Morphology and properties of thermoplastic starch blended with biodegradable polyester and filled with halloysite nanoclay,” Carbohydrate Polymers, vol. 242, pp. 116392, 2020.
[10] P. Jariyasakoolroj, R. Supthanyakul, A. Laobuthee, A. Lertworasirikul, R. Yoksan, S. Phongtamrug, and S. Chirachanchai, “Structure and properties of in situ reactive blend of polylactide and thermoplastic starch,” International Journal of Biological Macromolecules, vol 182, pp. 1238–1247, 2021.
[11] X. Zhao, X. Wang, L. Zeng, Q. Huang, J. Zhang, X. Wen, S. Xiong, T. Yin, and B. Zhang, “Effects of oil-modified crosslinked/acetylated starches on silver carp surimi gel: Texture properties, water mobility, microstructure, and related mechanisms,” Food Research International, vol. 158, pp. 111521, 2022.
[12] J. Zanela, A. P. Bilck, M. O. Reis, M. V. E. Grossmann, and F. Yamashita, “Modified starches on the properties of extruded biodegradable materials of starch and polyvinyl alcohol,” Journal of Polymers and the Environment, vol. 28, no. 12, pp. 3211–3220, 2020.
[13] P. Wongphan, T. Panrong, and N. Harnkarnsujarit, “Effect of different modified starches on physical, morphological, thermomechanical, barrier and biodegradation properties of cassava starch and polybutylene adipate terephthalate blend film,” Food Packaging and Shelf Life, vol. 32, pp. 100844, 2022.
[14] M. L. Rinawa, P. Chauhan, A. K. Sharma, H. K. Singh, and M. S. Karuna, “Water absorption studies of pineapple leaf fiber/nano rice husk powder reinforced epoxy matrix hybrid composites,” in Materials Today: Proceedings, 2022, pp. 1498–1502.
[15] S. S. Kumar, R. Muthalagu, and C. N. Chakravarthy, “Effects of fiber loading on mechanical characterization of pineapple leaf and sisal fibers reinforced polyester composites for various applications,” Materials Today: Proceedings, 2021, pp. 546–553.
[16] S. S. Todkar, and S. A. Patil, “Review on mechanical properties evaluation of pineapple leaf fibre (PALF) reinforced polymer composites,” Composites Part B: Engineering, vol. 174, pp. 106927, 2019.
[17] C. S. Raina, S. Singh, A. S. Bawa, and D. C. Saxena, “Some characteristics of acetylated, crosslinked and dual modified Indian rice starches,” European Food Research and Technology, vol. 223, no. 4, pp. 561–570, 2006.
[18] R. Promjariyakoon, and S. Kongiang, “Effect of compatibilizer on the mechanical and cure properties of Pineapple Leaf Fiber (PALF) reinforced Natural Rubber (NR) composites,” The Journal of KMUTNB, vol. 30, no. 4, pp. 612–619, 2020 (in Thai).
[19] J. P. López, P. Mutjé, A. J. F. D. Carvalho, A. A. D. S. Curvelo, and J. Gironès, “Newspaper fiberreinforced thermoplastic starch biocomposites obtained by melt processing: Evaluation of the mechanical, thermal and water sorption properties,” Industrial Crops and Products, vol. 44, pp. 300–305, 2013.
[20] A. J. F. De Carvaho, A. A. S. Curvelo, and J. A. M. Agnelli, “Wood pulp reinforced thermoplastic starch composites,” International Journal of Polymeric Materials, vol. 51, no. 7, pp. 647–660, 2002.
[21] W. N. Ota, S. C. Amico, and K. G. Satyanarayana, “Studies on the combined effect of injection temperature and fiber content on the properties of polypropylene-glass fiber composites,” Composites Science and Technology, vol. 65, no. 6, pp. 873–881, 2005.
DOI: 10.14416/j.kmutnb.2023.03.006
ISSN: 2985-2145
Email this article 
Hide
Show all