Pengoptimuman sifat mekanik dan terma komposit asid polilaktik berpenguat gentian serat nenas dan nanozarah tanah liat

Abstract

Bahan terbiodegradasi merupakan antara elemen penting dalam rekabentuk moden bagi memastikan kelestarian sumber dan alam sekitar secara global. Komposit termoplastik berpengisi gentian semulajadi adalah bahan alternatif yang baik untuk aplikasi struktur kerana ia mempunyai kekuatan tegangan yang tinggi. Namun bahan ini mempunyai kestabilan terma yang rendah. Objektif utama kajian ini adalah untuk menghasilkan polimer biodegradasi asid polilaktik (PLA) berpengisi hibrid nanozarah tanah liat C30B dan gentian serat nenas (GSN) dengan sifat yang optimum. Untuk itu, proses adunan leburan menggunakan mesin penyemperitan skru berkembar searah digunakan, diikuti tekanan panas dan sejuk. Sifat kimia, mekanik, terma, kadar serapan air dan kebolehbakaran komposit yang terhasil ditentukan. Pertama, kesan penambahan komposisi tanah liat 0.5-2.5 %bt mendapati nanokomposit 1.0 %bt C30B menghasilkan sifat bahan paling optimum. Kekuatan tegangan dan kekuatan hentaman ditingkatkan sebanyak 25.4% dan 18.0% berbanding PLA. Menerusi spektroskopi infra-merah transformasi Fourier dan mikroskop pindahan elektron, ikatan interkalasi dan eksfoliasi dibuktikan pada 1.0 %bt. Analisis termogavimetri menunjukkan kesemua nanokomposit menghasilkan kestabilan terma dan tahap kehabluran (24.6- 35.5%) yang lebih baik berbanding PLA. Pengurangan kadar serapan air dan kadar pembakaran nanokomposit PLA/C30B dilaporkan. Peningkatan maksimum kekuatan tegangan (+40.6%) dan hentaman (+39.4%) diperoleh bagi komposit PLA/GSN berbanding PLA pada kandungan 10 %bt GSN dengan panjang 6 mm. Namun, kestabilan terma komposit berkurang dan kadar serapan air bertambah apabila kandungan GSN bertambah daripada 5 ke 25 %bt. Berdasarkan pembolehubah C30B dan GSN optimum yang ditentukan, kesan kaedah penyemperitan dan kandungan tanah liat (0.5-2.5 %bt) terhadap penghasilan komposit hibrid PLA dan GSN (PLA/C30B/GSN) dikaji. Komposit PLA/C30B/GSN yang diadun dua langkah pada kandungan <2.0 %bt C30B meningkatkan kekuatan tegangan dan hentaman, kestabilan terma, dan tahap kehabluran jika dibandingkan dengan PLA. Berbanding PLA/GSN, kesemua komposit PLA/C30B/GSN menghasilkan suhu degradasi yang lebih tinggi dan kadar serapan air yang lebih rendah. Kadar pembakaran PLA/C30B/GSN juga lebih rendah berbanding PLA/GSN apabila kandungan tanah liat bertambah dari 0.5 ke 2.0 %bt. Secara keseluruhan, produk mesra alam komposit biodegradasi PLA berpengisi GSN dan tanah liat C30B dengan sifat mekanik, terma, serapan air dan kadar pembakaran yang ditambahbaik telah berjaya dihasilkan. Ia amat berpotensi sebagai bahan alternatif menggantikan komposit tidak terbiodegradasi sedia ada.