Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
��������������� ������������������� �������� �.�. 2556 16-18 ����� 2556 ����� ������
���������� ���� �� �� �������������������������������������� �� ���� �� �� � �����!����"�����#�$���%����������&���' #�
Hydothermal Preparation of Nanosheets and Effect of Nanosheets Addition in Polylactic Acid on Mechanical and Light Adsorption Properties
����� �����1 ���� ���������2 ��� ��� ������3 ����� ����!"��4
�#� ����$%���&'5 ���&���� (�����!6 �� ��� )��������7* 1,2,3,4,5,6,7)&�������#��������*'+('%#�&�+����#�����-���%����'����&(('������&'��!.���
&'��%# �/�)���!.��� �. ������ 12110 (��. 02-5493480 (����. 02-5494383
E-mail: [email protected]*
Thongchai Samanthong1 Pongsathorn Aiemsaard2 Putthapong Mukjan3 Wissanu Charerntanom4
Thanakorn Wirunmongkol5 Narongchai O-Charoen6 Sorapong Pavasupree7*
1,2,3,4,5,6,7Department of Materials and Metallurgical Engineering, Faculty of Engineering,
Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Klong 6, Thanyaburi, Pathumthani 12110
Tel. 02-5493480 Fax. 02-5494383E-mail: [email protected]*
��!$���� �������>����-"���+��&�� ?���-����*BG.���(�H�������I(���������'*'+�J#�B'#�+�.���#��-��
*BG.���(L �'�*'&-�#*�Q��-G���.�-�����#'*'+#��V�#'?*�� �/#��-�������������-*BG.�
��(�#*�G��'������������-����(������#��I(���������'�H�����"���X�#��������#*..*'+B'�-�J>
(��YZ�?�&���������%)V�� 105 ����Q'�Q�����[��' 24 ����(�� �#�>/*BG.���( �������&�+%�
��H�B��#�. �'�*'&-�#*�Q�� (PLA, 4043D) �����-��G� 0.2 , 0.5 *'+ 1% *'+/�����.��.�-�����#'
.�G����������H%'���##�����&�+%���'�#��+�V��G�*BG.���(��#����������V��G���[���#'�&'H�
��#��H����HBG�V��#'� 2-5 `m #�H���+�� 100 nm "J� 2 `m *'+��&��%���*BGL��(
��-� ��?��/��-��L �'�*'&-�# *�Q�� (PLA) ��G�G�B'#�+�.-G�&��-H�*���J� &G&��*�q����B�� *'+
&G&��-H�*��#�+*�#�#�# ��?�������.����.#�.#�B�� TiO2 ���� ����� (P25) wz'����������B�����
�-�����##�+.�#���{wz'�����"�V�#'?*����'-���(��'q-*'+L�G��&'?�*�������-����%q��H
!(�)�$� *BG.���( ��'����� �I(���������' �'�*'&-�#*�Q��
Abstract The aims of this research were to synthesize nanosheets by hydrothermal method and study the effect of
nanosheets addition in polylactic acid on mechanical and light adsorption properties. Titanate nanosheets
were synthesized by hydrothermal method at 105 °C for 24 hours from Thai ilmenite mineral using a Thai
teflon-lined stainless steel autoclave. The as-synthesized nanosheets mixed with polylactic acid (PLA,
4043D) at the ratio of 0.2, 0.5, and 1 %. The mixed samples were tested Mechanical properties. The
prepared sample showed flower-like morphology with diameter of 2-5 `m. 100 nm to 2 `m in width and
��������������� ������������������� �������� �.�. 2556 16-18 ����� 2556 ����� ������
several nanometers in thickness. No significant effects of nanosheets addition on tensile strength
hardness and Impact strength were observed. Films of the mixed samples were prepared by blow film
extrusion. The prepared films could adsorbed ultraviolet and visible wavelength.
Keywords: Nanosheets Ilmenite Hydrothermal Polylactic Acid
1. �� (� L�G����'���BG���!%��+������('#���� ���
�#�J>*'+��!%#���*&'>/����[�������%'�
��+���L%H&���L���+���� ����J>�>�G�L%!G��[��+
'�-�#QJ���G���'���H�#%�?���G�G���'��'���#��>�
��-"���.L#�B'�- '�-�#�%'G�>��H��#��-�%#���
>/���z(-��'�����!%��>������+#��J��G�B'#�+�.
(��-��#�.����*��'H��*'+-G�*%'G������-"���.L%H#�.
��-�%#���B'�- '�-�#L�&-#� �� '�-�#
���L%�G�������"�G���'���H� ?��#�L�H�������
�#*%'G���-"���.������"B'�-�J>L%�G��H��G�-G��?���
(����G�/'�����*��'H����G ( �'�*'&-�#*�Q��%�?�
PLA) �J���&��G�L�L#�/�L�H�*� '�-�#
��������� ��G �'�����'� (polyethylene) %�?� �'�(
� �'� (polypropylene) �'�*'#-�#*�Q�� (PLA) ��[
�'��������+�)� �'��������� B'�-��H�##��*'#-�#
(Lactic acid) QJ����[�������H�##�%��#B'B'�-
��#��#�-������*���*'+>/-'��[��&���+#�.%'�#
��G �H�( �H��'� ���/�+%'�� ��[-H PLA ��[
'�-�#���) �����&��L��J��/L%H��G���"����#�
*����'-���(��'- (UV) [1] �J���*�&��&��/����
���������#�Q�� (TiO2) ���[���-��*-G�L �'�
������G���'���H�����) � ?������#�*�� UV
TiO2���"�-������H�#%'�#�+.�#�
��G #�+.�#�*..&'�����*'+#�+.�#�*..
Q�'�w- *-G#�+.�#���>����������H��H��.���+#�
&?� ��>-�#��������Q�.QH���G��# [2,3] #�+.�#�
�I(���������' ��[#�+.�#��-���������((��L�H
*�G�&"V#���-G�� ��[��-�>�-H QJ������>-�L
#�B'�-�����GQ�.QH� L�H���%)V��L#��-������G�V��#
�# ��-H����������-�/ #��#���X�#�����/L�+..�z�
*'+-����G���� �-������H���V��G� ����&?� �� ?>���B��
�/� +�V� ��G �G�( ��HL�( *'+*BG.���
( [4-10]
����>L�������>�J���H���*+#��-���������
(�#*�G��'������&"V#�������H��#�+.�#�
�I(���������' � ?�����.������.�-���� '�-�#�G��
�'���H�����) (PLA)
2. ������������ 2.1 ���������$#�+
�/ # � � - �� � � �� � �� ( (Nanostructured
materials) �H��#�+.�#��I(���������' (��L�H*�G��'
�������������[��-�>�-HL#�B��#�.��'+'�
(Q������I���#�Q�� (NaOH) &����H��H 5 M
����-� 2000 ml L���"���X�#�������/��#�%'q##'H
��H���*'+.��H����w�� (�V���� 1) �#�>�/#�L%H
&���H��"���X�#��������%)V�� 105 ºC �H��#�.�/
#�#���[��' 24 ����(�� �#�>�'G��L%H�#��#���q
-�� � ���%)V��%H�� *'+/B'�-)���������H�#���*'+�+
'H��H�� HCl &����H��H 0.1 M *'+>/#'��%'� &��>�
�#�+������&G pH ��G#�. 7 L��>-�����H�/�����
�������&�+%���H��.L-VH�.������%)V�� 100ºC ��[��'
12 ����(��
�V���� 1 ���"���X�#������L�HL#�����&�+%��H��#�+.�#��I(��
�������'
2.2 ������!���)��$�,-�
/-����G������H��-�����. (&����H�B'J#�H��
� � & � & # � � '�> � � � . � � � �� � �� � � # Q� ( X-ray
diffraction:X’Pert PR MPD, PANalytical,
��������������� ������������������� �������� �.�. 2556 16-18 ����� 2556 ����� ������
Natherlands) �V��G�*'+�����-����G��������&�+%�
��H"V#���&�+%��H��#'H����'��������'q#-��*..�G��
#�� (SEM: JSM-6510, JEOL,Japan) *'+#'H��
��'��������'q#-��*..�G��BG (TEM: JEM-2100,
JEOL, Japan)
2.3 ���������$#�+�# /��-����G������HB��#�. �'�*'&-�#*�Q��
(PLA) �#�� 4043D 1 #�('#��� L��-��G� 0.2,0.5
*'+ 1 % -�'/��.(��L�H 25 #������( � �'��#'&�'
(Propylene glycol) ��[ '�-��Q�Q��� (Plasticizers)
(��L�H�&�?���������*..�#�V&VG (Twin screw extruder
Brabender CTE-D20L800) -G�#�.�����{wz'�� (Blow
Film unit) ������%)V�� 160ºC (�V���� 2) � ?������.*'+
�/��>�����.��.�-�����#'(��L�H#�+.�#��J>�V�
�H��#�����J>�V� (Compression molding LAB TECH
ENGINEERING CO.,LTD) ������%)V�� 190 ºC ��[��'
10 �� (�V���� 3)
�V���� 2 �&�?���������*..�#�V&VG (Twin screw extruder) -G�#�.���
��{wz'�� (Blow Film extrusion)
�V���� 3 #�+.�#��J>�V��H��#�����J>�V� (Compression
molding)
2.4 �����#��#�$���%���� /��>�-����G����BG#��J>�V�*'H������.
-��-��#��-G�*���J� (Tensile Strength)
ASTM D638 #��-G�*��#�+*�# (Impact Strength)
ASTM D 256 &G&��*�q����B�� (Hardness) ASTM D
785
3. ���������� 3.1 �$�,-�#$-/� ���!��#������0�
�##���'�� .�G (&����H�B'J#���*�G��'��
���*'+-����G�����-���� (As-synthesized) (�V���� 4)
.�G *�G��'�������(&����H�B'J#*.. �V��'� (Rutile)
��+���-����G�����-������H��(&����H�B'J#*..����-
(H2Ti3O7) [7] (&����H�����')&���*�G��'����� *'+
-����G�����-������H (�V���� 5) .�G *�G��'��������L�H��[
��-�>�-H���V��G���[��)&��q� ������+�� 100-
200 `m �G�-����G�����-������H (�V���� 6) ��'�#��+��VG
���#���[#'�G���#���������-����[���#'��V��G�&'H�
#�.��#��H ������HBG�V��#'�L�G����+��
2-5 `m �#) �����H�##'H����'��������'q#-��
*..�G��BG (TEM) *���L%H�%q"J�'�#��+�V��G�#�
��������-����[���#'�'�#��+&'H���#��HQJ����+#�.
�J>�#*BG.���(��-� (�V���� 7)
�V���� 4 (&����H�B'J# (XRD patterns) (a) ���*�G��'�����
*'+ (b) -����G�����-������H (H = hydrogen titanate*'+
R = rutile TiO2)
(b)
(a)
��������������� ������������������� �������� �.�. 2556 16-18 ����� 2556 ����� ������
�V���� 5 ) "G� SEM ���*�G��'��������#/'����� 100 ��G
�V���� 6 ) "G� SEM ���*BG.���(����-������H���
#/'����� (a) 5,000 ,(b) 10,000 and (c) 15,000 ��G
�V���� 7 ) "G� TEM ���*BG.���(����-������H
3.2 ������������������ ���� �� �� � �����!����"�� (PLA) ���#�$���%���� B'#�����.&G&��-H�*���J� (Tensile
Strength) &G&��*�q����B��(Hardness) *'+ &G&��
-H�*��#�+*�# (Impact Strength) .�G#��-��
*BG.���(*'+�����������#�Q������
����� (P25) '�L �'�*'&-�#*�Q�� (PLA) ��G�G�B'
#�+�.-G�&��-H�*���J� &G&��*�q����B��*'+&G
-H�*��#�+*�#�#�# � �+�-��'���L�����
H�� (0.2, 0.5, 1 %) &G&��-H�*���J� (Tensile
Strength) ��� �'�*'&-�#*�Q�� (PLA) ����-��*BG.�
( ��&G�##�G��?�������.����.#�.�������
����#�Q������ ����� (P25) ���&G&��-H�
*���J� (Tensile Strength) (�V���� 8) &G&��*�q����B��
(Hardness) (�V���� 9) &G&��-H�*��#�+*�#
(Impact Strength) (�V���� 10) [11]
(a)
(b)
(c)
200 nm
��������������� ������������������� �������� �.�. 2556 16-18 ����� 2556 ����� ������
�V���� 8 #�w&G#�����.*���J� ��� �'�*'&-�#*�Q�� (PLA)
B��#�.�����������#�Q������ ����� *'+ *BG.�(���
����&�+%���H
�V���� 9 #�w&G&��*�q����B�� ��� �'�*'&-�#*�Q�� (PLA) B��
#�.�����������#�Q������ ����� *'+ *BG.�(���
����&�+%���H
�V���� 10 #�w&G-H�*��#�+*�# ��� �'�*'&-�#*�Q��
(PLA) B��#�.�����������#�Q������ ����� *'+ *BG.�
(�������&�+%���H
3.3 ����$�����&���' #� #����#��V�#'?*��(��L�Hwz'�� �'�*'&-�#
*�Q�� (PLA) ��[�H��V' ?>� (base line) L
#������.����. .�Gwz'�� �'�*'&-�#*�Q�� (PLA)
B�� TiO2 ���� ����� (P25) 0.2%,0.5% (��>/%�#
�V�#'?*��L�G��&����&'?� 300-400 nm (�G��
&����&'?�*����'-���(��'q-) wz'�� �'�*'&-�#*�
Q�� (PLA) B��*BG.���( TiO2 ����-������H
0.2%,0.5% (��>/%�# �V�#'?*��L�G��&����
&'?� 300-700 nm (�G��&����&'?�*����'-�
��(��'q-*'+&'?�*�������-����%q) �##����
#��V�#'?�G��&����&'?�*�������-����%q
(Visible) �G������##�G 400 nm �#���#&��*-#-G�
�����*'+(&����H�B'J#���*-#-G�#� [12,13] *'+
���%'q# (Fe) L TiO2 �/L%H���"�V�#'?*��� ����J>
[14-16] (�V���� 11)
�V���� 11 #��V�#'?*����'-���(��'q-*'+�G��&'?�*�������-
����%q��H��� TiO2 (P25) 0.2%,0.5% *'+ As-synthesized
nanosheets 0.2%,0.5%
4. #�+8 *BG.���(����-������H�#*�G��'�����
�������H��#�+.�#��I(���������' (��L�H���"��
�X� #������ B'� - ���)�L��+ ��� ��� ���%)V�� L
#��-���� 105 ºC ��[��' 24 ����(�� (��*�G��'�����
��(&����H�B'J#*..�V��'� .�G����������H%'���#
#�����&�+%���'�#��+�V��G�*BG.���(��
#����������V��G���[���#'�&'H���#��H����HBG
�V��#'� 2-5 `m *BG.���'�#��+��[*BG(&H�
��������������� ������������������� �������� �.�. 2556 16-18 ����� 2556 ����� ������
�'q#H��#�H���+�� 100 nm "J� 2 `m *'+��&��
%���*BGL�� 2-3 (��-� ��?��/��-��L
�'�*'&-�# *�Q�� (PLA) �#�� 4043D ��G�G�B'#�+�.
-G�&��-H�*���J� &G&��*�q����B�� *'+&G&��
-H�*��#�+*�#�#�# wz'����������B������-����
�##�+.�#���{wz'�����"�V�#'?*����'-���(�
�'q-*'+L�G��&'?�*�������-����%q��H
5. ��������8����; �������> ��H ��.#���.���#�/ �#�
&�+#���#������*%G��-� (��.) *'+ #'�G����� �
Nanotechnology for Textile and Polymer Research
Group (NanoTeP) &�+����#�����-�� �%����'��
��&(('������&'��!.���
���#��������� [1] �����X� ('H ����!��-� , ����-� ��� ��� *'+
�����-� �'��������#�'. 2011. �'�*'#-�#*�Q��:
�'����������#��� �#������H���*�L%�G��H.
)&�������#�������� &�+����#�����-��
�%����'���#�-���-�� ������-.���, 24:
99-110.
[2] Liau, L.C.K. and Lin, C.-C. 2007. Fabrication
and Characterization of Fe3+-Doped Titania
Semiconductor Electrodes with P–N
Homojunction Devices. Applied Surface
Science, 253: 8798–8801.
[3] Lu, Y., Yi, G., Jia, J. and Liang, Y. 2010.
Preparation and Characterization of Patterned
Copper Sulfide Thin Films on N-Type TiO2
Film Surfaces. Applied Surface Science, 256:
7316–7322.
[4] Pavasupree, S., Ngamsinlapasathian, S.,
Suzuki, Y. and Yoshikawa, S. 2007.
Preparation and Characterization of High
Surface area Nanosheet Titania. with
Mesoporous Structure Materials Letters,
61: 2973–2977.
[5] Grätzel, M. 2001. Photoelectrochemical cells.
Nature, 414: 338-344.
[6] Suzuki, Y., Pavasupree, S., Yoshikawa, S. and
Kawahata, R. 2005. Natural Rutile-Derived
TitanateNanofibers Prepared by Direct
Hydrothermal Processing. Journal of Materials
Research, 20: 1063–1070.
[7] Simpraditpan, A., Wirunmongkol, T., Pavasupree,
S. and Pecharapa, W. 2013. Simple
Hydrothermal Preparation of Nanofibers from
Natural Ilmenite Mineral. Ceramics International,
39: 2497-2502.
[8] Pavasupree, S., Suzuki, Y., Pivsa-Art, S. and
Yoshikawa, S. 2005. Preparation and
Characterization of Mesoporous TiO2 -
CeO2Nanopowders Respond to Visible
Wavelength. Journal of Solid State Chemistry, 178: 128-134 .
[9] Nian, J.N. and Teng, H. 2006. Hydrothermal
Synthesis of Single-Crystalline Anatase
TiO2Nanorods with Nanotubes as the Precursor.
Journal of Physical Chemistry , 110: 4139–4198.
[10] Pavasupree, S., Laosiripojana, N., Chuangchote,
S. and Sagawa, T. 2011. Fabrication and
Utilization of TitaniaNanofibers from Natural
Leucoxene Mineral in Photovoltaic Applications.
Japanese Journal of Applied Physics, 50:
01BJ16-1–01BJ16-4.
[11] Altan, Mirigul. and Yildirim, Huseyin. 2010.
Mechanical and morphological properties of
polypropylene and high density polyethylene
matrix composites seinforced with surface
modified nano sized TiO2 particles. World
Academy of Science, Engineering and
Technology, Cambridge, United Kingdom, Feb.
20-22 ,2010: 289-294.
��������������� ������������������� �������� �.�. 2556 16-18 ����� 2556 ����� ������
[12] Smith, Y.R., Raj, K.J.A., Subramanian, V. and
Viswanathan. B. 2010. Sulfated Fe2O3–
TiO2 Synthesized from Ilmenite ore: A visible Light Active Photocatalyst. Colloids and
Surfaces A: Physicochemical and Engineering
Aspects, 367: 140-147.
[13] Wang, G., Xu, L., Zhang, J., Yin, T. and Han,
D. 2012. Mesoporous TiO2 Micro-Nanometer
Composite Structure: Synthesis, Optoelectric
Properties, and Photocatalytic Selectivity.
International Journal of Photoenergy, 2012: 1-9.
[14] Mozia, S., Heciak, A. and Morawski, A.W.
2011. The Influence of Physico-Chemical
Properties of TiO2 on Photocatalytic Generation
of C1–C3 Hydrocarbons and Hydrogen from
aqueous Solution of Acetic acid. Applied
Catalysis B: Environmental, 104: 21-29.
[15] Liu, Y., Wei, J.H., Xiong, R., Pan, C.X. and Shi,
J. 2011. Preparation and Characterization of
Titanate Nanofibers from Low-Cost Natural
Ilmenite Sand. Applied Surface Science, 257:
8121-8126.
[16] Klan, M.A., Woo, S.I. and Yang, O.B. 2008.
TiO2/ZnS/CdS Nanocomposite for Hydrogen
Evolution and Orange II Dye Degradation.
International Journal of Hydrogen Energy, 33:
5345-5351.