熱力学と触媒のジャーナル
オープンアクセス

概要

ポリ（3-ヒドロキシ酪酸）/セルロースナノ結晶ベースのナノバイオ複合材料の熱分解速度論

プロデュット・ダール、サイパニ・クマール・ヴァンガラ、パンカジ・ティワリ、アミット・クマール、ヴィマル・カティヤール

ポリヒドロキシ酪酸 (PHB) / セルロースナノクリスタル (CNC) ナノバイオ複合材料は、溶媒交換と溶液キャスト法によって、さまざまな充填率で製造されます。CNC 充填がポリマーマトリックスの分散に与える影響が研究されています。竹 (Bambusabalcooa) のセルロースパルプを酸加水分解すると、幅 10～20 nm、長さ 300～400 nm の結晶棒状 CNC が生成されます。形態学的研究と X 線回折 (XRD) 研究により、3 wt% の閾値充填で、CNC 表面のヒドロキシル基と PHB の界面接着が改善されることが明らかになりました。熱重量分析 (TGA) では、ナノバイオ複合材料 (PHB/CNC) の熱安定性は、純粋な PHB と比較して、3 wt% CNC 充填でわずかに改善されることが示されました。さらに、異なる負荷での PHB/CNC ナノバイオ複合材料の速度論的解析が、速度論的三重項を予測する等変換法を用いて調査されています。Ozawa Flynn Wall (OFW) モデルと Kissinger Akahira Sunose (KAS) モデルを使用した等変換法から予測された速度論的パラメータは、活性化エネルギーが劣化の程度によって大きく変化しないことを示しており、全体的な劣化は単一ステップのメカニズムに従うことが明らかになっています。OFW モデルと KAS モデルの両方から予測された活性化エネルギー値は、100～130 kJ/mol の範囲です。活性化エネルギー値は CNC 負荷が高いほど高く、CNC の凝集による熱劣化速度の増加を示しています。熱劣化現象は、相境界制御モデル、一次反応モデル、およびべき乗則モデルを考慮した Coats Redfern 法を用いてさらに研究されています。全体的な調査と速度論的パラメータの比較から、PHB/CNCナノバイオ複合材料の熱分解メカニズムは、ランダム鎖切断メカニズムを伴う相境界制御一次反応モデル（収縮体積）に従うという結論に至った。