High performance biodegradable starch/LDPE nanocomposites prepared via twin screw extruder

Abstract

Bu çalışmada yüksek mekanik performansın yanında biyo-bozunur özelliğe sahip filmlerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu hedef doğrultusunda alçak yoğunluklu polietilen (AYPE)/Nişasta karışımları tabakalı yapıya sahip kil ile de güçlendirilerek çift burgulu ekstrüder kullanılarak hazırlanmıştır. Çalışma boyunca kullanılan bağlayıcının, nişastanın formunun ve miktarının, kil tipinin ve değişik işleme şekillerinin ürünün fiziko-mekanik özelliklerine olan etkisi incelenmiştir. Yapılan çalışmalar ışığında iyi bir dağılım ve yüksek uyum için kullanılan nişastanın ilk önce termoplastik nişasta haline getirilmesi ve daha sonra polietilen ile karışım esnasında uygun bağlayıcının kullanılması gerektiği ortaya çıkmıştır. Alçak yoğunluklu polietilen ve nişasta arasında bağlayıcı olarak en iyi performansı maleik-anhidrid modifiye polietilen göstermiştir. Polietilenin içerisine eklenebilecek en yüksek termoplastik nişasta miktarı %40 olarak bulunmuştur. Bu noktadan sonra kırılma mekanizması, esneyerek kopmadan daha kırılgan bir kopmaya doğru gitmiştir. Geliştirilen sistemin içerisine kil eklenmesi mekanik özellikleri arttırmanın yanı sıra bariyer özellikleri iyileştirilmiş ve biyo-bozunma hızını arttırmıştır. Bu iyileşmenin miktarı kil tipi ve kilin dağıtıldığı faz ile bağlantılıdır. Alçak yoğunluklu polietilen içerisinde dağıtılan organokil daha çok üretilen filmin mekanik, yırtılma ve yapışma kuvvetini iyileştirmiş olup, Na[+] –montmorillonit kilinin nişasta içerisinde dağıtılması ise sistemin nem bariyer özelliklerini daha fazla oranda artırmıştır. Biyo-bozunma testleri enzim ortamında yapılmış olup inkübasyon sonucunda nişastanın enzimler tarafından parçalandığı ve oksidatif/biotik bozunma reaksiyonlarına daha kolay maruz kalabilecek çok gözenekli polietilen yapısının ortaya çıktığı görülmüştür.r

Developing biodegradable fılms with an optimum combination of desirable mechanical properties and biodgradation performance is th main objective of th present study. For this purpose, low density polyethylene (LDPE)/Starch blends reinforced with layered clays wer prepared using twin screw extruder. The effect of compatibilizer, starch form and its content, clay type and processing methods on the physico-mechanical proprties of blend was investigated and discussed in a comprehensive manner. The results have shown that in order to achieve good biopolymer dispersion with strong interfacial adhesion, starch should b converted into thermoplastic starch (TPS) and suitable compatibilizer should be employed. Maleic anhydride graftd polyethylene (MAgPE) as compatibilizer worked best betwen LDPE and TPS, Th highest amount of TPS that can be used in the blend formulations was found to be 40 wt%. Byond that, the fracture mechanism changed from ductile to brittl fracture. The presence of clay, in general, enhanced the mechanical as well as barrier properties and biodegradation rate of the blends. The degre of enhancement influenced by the clay type and the phase where it was mainly dispersed. The presence of organoclay in LDPE matrix mainly improved the mechanical, tear and hat seal strength of the fılms, whil the intercalation of Na+-montmorillonite clay with starch molecules was found to be mor effctive in enhancing the moisture barrier properties. in biodgradation test, starch was degraded in the presence of enzyme and resulted in porous structure of LDPE fılms that is more susceptible to oxidative and hence biotic ractions