Ang sinagol nga solusyon sa poly-L-lactic acid ug ethyl cellulose sa chloroform ug ang sinagol nga solusyon sa PLLA ug methyl cellulose sa trifluoroacetic acid giandam, ug ang PLLA/cellulose ether blend giandam pinaagi sa paghulma; Ang nakuha nga mga timpla gihulagway pinaagi sa leaf transform infrared spectroscopy (FT-IR), differential scanning calorimetry (DSC) ug X-ray diffraction (XRD). Adunay usa ka hydrogen bond tali sa PLLA ug cellulose ether, ug ang duha ka mga sangkap partially compatible. Uban sa pagdugang sa cellulose ether nga sulod sa timpla, ang pagkatunaw nga punto, crystallinity ug kristal nga integridad sa timpla tanan mokunhod. Kung ang sulud sa MC labi ka taas sa 30%, mahimo’g makuha ang hapit amorphous nga pagsagol. Busa, cellulose ether mahimong gamiton sa pag-usab sa poly-L-lactic acid sa pag-andam sa degradable polymer materyales uban sa lain-laing mga kabtangan.
Mga keyword: poly-L-lactic acid, ethyl cellulose,methyl cellulose, pagsagol, cellulose ether
Ang pagpalambo ug paggamit sa mga natural nga polimer ug degradable nga sintetikong polymer nga mga materyales makatabang sa pagsulbad sa krisis sa kinaiyahan ug krisis sa kahinguhaan nga giatubang sa mga tawo. Sa bag-ohay nga mga tuig, ang panukiduki bahin sa synthesis sa mga biodegradable nga polymer nga materyales nga gigamit ang nabag-o nga mga kahinguhaan ingon nga hilaw nga materyales nga polimer nakadani sa kaylap nga atensyon. Ang polylactic acid mao ang usa sa importante nga degradable aliphatic polyesters. Ang lactic acid mahimong maprodyus pinaagi sa fermentation sa mga tanum (sama sa mais, patatas, sucrose, ug uban pa), ug mahimo usab nga madunot sa mga microorganism. Kini usa ka mabag-o nga kapanguhaan. Ang polylactic acid giandam gikan sa lactic acid pinaagi sa direktang polycondensation o ring-opening polymerization. Ang kataposang produkto sa pagkadaot niini mao ang lactic acid, nga dili makahugaw sa kinaiyahan. Ang PIA adunay maayo kaayo nga mekanikal nga mga kabtangan, pagka-proseso, biodegradability ug biocompatibility. Busa, ang PLA dili lamang adunay usa ka halapad nga aplikasyon sa natad sa biomedical engineering, apan adunay usab daghang potensyal nga merkado sa natad sa coatings, plastik, ug tela.
Ang taas nga gasto sa poly-L-lactic acid ug ang mga depekto sa pasundayag sama sa hydrophobicity ug brittleness naglimite sa sakup sa paggamit niini. Aron makunhuran ang gasto niini ug mapaayo ang pasundayag sa PLLA, ang pag-andam, pagkaangay, morphology, biodegradability, mekanikal nga mga kabtangan, balanse nga hydrophilic/hydrophobic ug mga natad sa aplikasyon sa polylactic acid copolymers ug blends gitun-an pag-ayo. Lakip niini, ang PLLA nagporma og usa ka compatible nga timpla sa poly DL-lactic acid, polyethylene oxide, polyvinyl acetate, polyethylene glycol, ug uban pa. Ang Cellulose usa ka natural nga polymer compound nga naporma pinaagi sa condensation sa β-glucose, ug usa sa pinakaabunda nga renewable resources. sa kinaiyahan. Ang cellulose derivatives mao ang pinakaunang natural nga polymer nga materyales nga naugmad sa mga tawo, ang labing importante niini mao ang cellulose ethers ug cellulose esters. M. Nagata et al. nagtuon sa PLLA/cellulose blend system ug nakit-an nga ang duha ka mga component dili magkauyon, apan ang crystallization ug degradation nga mga kabtangan sa PLLA naapektuhan pag-ayo sa cellulose component. N. Gitun-an ni Ogata et al ang performance ug structure sa PLLA ug cellulose acetate blend system. Gitun-an usab sa Japanese nga patent ang biodegradability sa PLLA ug nitrocellulose blends. Y. Gitun-an sa Teramoto et al ang pag-andam, thermal ug mekanikal nga mga kabtangan sa PLLA ug cellulose diacetate graft copolymers. Sa pagkakaron, gamay ra ang mga pagtuon sa sistema sa pagsagol sa polylactic acid ug cellulose ether.
Sa bag-ohay nga mga tuig, ang among grupo nakigbahin sa panukiduki sa direkta nga copolymerization ug pagsagol sa pagbag-o sa polylactic acid ug uban pang mga polimer. Aron makombinar ang maayo kaayo nga mga kabtangan sa polylactic acid nga adunay mubu nga gasto sa cellulose ug mga derivatives niini aron maandam ang hingpit nga biodegradable nga mga polymer nga materyales, gipili namon ang cellulose (ether) ingon ang gibag-o nga sangkap alang sa pagbag-o sa pagsagol. Ang ethyl cellulose ug methyl cellulose maoy duha ka importante nga cellulose ethers. Ang ethyl cellulose usa ka dili matunaw sa tubig nga non-ionic cellulose alkyl ether, nga magamit ingon mga medikal nga materyales, plastik, adhesive ug mga ahente sa pagtapos sa panapton. Ang methyl cellulose matunaw sa tubig, adunay maayo kaayo nga pagkabasa, pagkadugtong, pagpadayon sa tubig ug mga kabtangan sa paghimo sa pelikula, ug kaylap nga gigamit sa natad sa mga materyales sa pagtukod, coatings, kosmetiko, parmasyutiko ug paghimo og papel. Dinhi, ang PLLA / EC ug PLLA / MC nga mga pagsagol giandam pinaagi sa pamaagi sa paghulma sa solusyon, ug ang pagkaangay, thermal properties ug crystallization properties sa PLLA/cellulose ether blends gihisgutan.
1. Eksperimento nga bahin
1.1 Hilaw nga materyales
Ethyl cellulose (AR, Tianjin Huazhen Espesyal nga Chemical Reagent Factory); methyl cellulose (MC450), sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, ethyl acetate, stannous isooctanoate, chloroform (ang labaw sa tanan nga mga produkto sa Shanghai Chemical Reagent Co., Ltd., ug ang kaputli mao ang AR nga grado); L-lactic acid (grado sa parmasyutiko, kompanya sa PURAC).
1.2 Pag-andam sa mga timpla
1.2.1 Pag-andam sa polylactic acid
Ang poly-L-lactic acid giandam pinaagi sa direktang polycondensation nga pamaagi. Timbang-timbanga ang L-lactic acid aqueous solution nga adunay mass fraction nga 90% ug idugang kini sa tulo ka liog nga flask, dehydrate sa 150°C sulod sa 2 ka oras ubos sa normal nga pressure, unya mo-react sulod sa 2 ka oras ubos sa vacuum pressure nga 13300Pa, ug sa katapusan mo-react sulod sa 4 ka oras ubos sa vacuum nga 3900Pa aron makakuha og dehydrated nga prepolymer nga mga butang. Ang kinatibuk-ang kantidad sa lactic acid aqueous solution nga minus ang tubig nga output mao ang kinatibuk-ang kantidad sa prepolymer. Idugang ang stannous chloride (mass fraction mao ang 0.4%) ug p-toluenesulfonic acid (ang ratio sa stannous chloride ug p-toluenesulfonic acid mao ang 1/1 molar ratio) catalyst system sa nakuha prepolymer, ug sa condensation Molecular sieves gibutang sa tube aron masuhop ang gamay nga tubig, ug ang mekanikal nga pagpalihok gipadayon. Ang tibuok nga sistema gi-react sa usa ka vacuum nga 1300 Pa ug usa ka temperatura nga 150 ° C. sulod sa 16 ka oras aron makakuha og polimer. Dissolve ang nakuha nga polymer sa chloroform aron mag-andam og 5% nga solusyon, i-filter ug i-precipitate sa anhydrous ether sulod sa 24 ka oras, i-filter ang precipitate, ug ibutang kini sa -0.1MPa vacuum oven sa 60°C sulod sa 10 ngadto sa 20 ka oras aron makuha ang Purong uga. PLLA polimer. Ang paryente nga gibug-aton sa molekula sa nakuha nga PLLA gitino nga 45000-58000 Daltons pinaagi sa high-performance liquid chromatography (GPC). Ang mga sample gitago sa usa ka desiccator nga adunay phosphorus pentoxide.
1.2.2 Pag-andam sa polylactic acid-ethyl cellulose blend (PLLA-EC)
Timbang-timbanga ang gikinahanglan nga gidaghanon sa poly-L-lactic acid ug ethyl cellulose aron mahimo ang 1% nga chloroform solution matag usa, ug dayon pag-andam sa PLLA-EC nga sinagol nga solusyon. Ang ratio sa PLLA-EC nga sinagol nga solusyon mao ang: 100/0, 80/20, 60/40, 40/60, 20/80, 0/l00, ang unang numero nagrepresentar sa mass fraction sa PLLA, ug ang ulahi nga numero nagrepresentar sa masa sa EC Fraction. Ang giandam nga mga solusyon gikutaw gamit ang magnetic stirrer sulod sa 1-2 ka oras, ug dayon gibubo sa usa ka baso nga pinggan aron tugotan ang chloroform nga natural nga moalisngaw aron mahimong usa ka pelikula. Human maporma ang pelikula, ibutang kini sa usa ka vacuum oven aron mamala sa ubos nga temperatura sulod sa 10 ka oras aron hingpit nga makuha ang chloroform sa pelikula. . Ang blend nga solusyon walay kolor ug transparent, ug ang blend film usab walay kolor ug transparent. Ang timpla gipauga ug gitipigan sa usa ka desiccator aron magamit sa ulahi.
1.2.3 Pag-andam sa polylactic acid-methylcellulose blend (PLLA-MC)
Timbanga ang gikinahanglan nga gidaghanon sa poly-L-lactic acid ug methyl cellulose aron makahimo og 1% trifluoroacetic acid solution matag usa. Ang PLLA-MC blend film giandam sa samang paagi sa PLLA-EC blend film. Ang timpla gipauga ug gitipigan sa usa ka desiccator aron magamit sa ulahi.
1.3 Pagsulay sa performance
Ang MANMNA IR-550 infrared spectrometer (Nicolet.Corp) nagsukod sa infrared spectrum sa polymer (KBr tablet). DSC2901 differential scanning calorimeter (TA kompanya) gigamit sa pagsukod sa DSC curve sa sample, ang pagpainit rate mao ang 5°C/min, ug ang bildo transition temperatura, pagkatunaw punto ug crystallinity sa polymer gisukod. Gamita ang Rigaku. Ang D-MAX/Rb diffractometer gigamit sa pagsulay sa X-ray diffraction pattern sa polymer aron tun-an ang crystallization properties sa sample.
2. Resulta ug panaghisgot
2.1 Pagpanukiduki sa infrared spectroscopy
Ang Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) makatuon sa interaksyon tali sa mga sangkap sa timpla gikan sa panglantaw sa lebel sa molekula. Kung ang duha ka homopolymers magkatugma, ang mga pagbalhin sa frequency, mga pagbag-o sa intensity, ug bisan ang hitsura o pagkawala sa mga taluktok nga kinaiya sa mga sangkap mahimong maobserbahan. Kung ang duha ka homopolymers dili magkatugma, ang spectrum sa timpla kay superposition lang sa duha ka homopolymer. Sa spectrum sa PLLA, adunay nag-unat nga vibration peak sa C=0 sa 1755cm-1, usa ka huyang nga peak sa 2880cm-1 tungod sa C-H stretching vibration sa methine group, ug usa ka broadband sa 3500 cm-1 mao ang tungod sa terminal hydroxyl groups. Sa EC spectrum, ang kinaiya nga peak sa 3483 cm-1 mao ang OH stretching vibration peak, nga nagpakita nga adunay mga O-H nga mga grupo nga nagpabilin sa molekular nga kadena, samtang ang 2876-2978 cm-1 mao ang C2H5 stretching vibration peak, ug 1637 Ang cm-1 mao ang HOH Bending vibration peak (gipahinabo sa sample nga mosuhop sa tubig). Kung ang PLLA gisagol sa EC, sa IR spectrum sa hydroxyl nga rehiyon sa PLLA-EC nga timpla, ang O-H peak mobalhin ngadto sa ubos nga wavenumber uban ang pagtaas sa EC content, ug moabot sa minimum kung ang PLLA/Ec kay 40/60 wavenumber, ug dayon gibalhin ngadto sa mas taas nga mga wavenumber, nga nagpakita nga ang interaksyon tali sa PUA ug 0-H sa EC komplikado. Sa C=O vibration region sa 1758cm-1, ang C=0 peak sa PLLA-EC gamay nga mibalhin ngadto sa mas ubos nga wave number uban sa pagtaas sa EC, nga nagpakita nga ang interaksyon tali sa C=O ug OH sa EC huyang.
Sa spectrogram sa methylcellulose, ang kinaiya nga peak sa 3480cm-1 mao ang O-H stretching vibration peak, nga mao, adunay nahabilin nga O-H nga mga grupo sa MC molecular chain, ug ang HOH bending vibration peak anaa sa 1637cm-1, ug ang MC ratio EC mas hygroscopic. Susama sa PLLA-EC blend system, sa infrared spectra sa hydroxyl region sa PLLA-EC blend, ang O-H peak mausab uban ang pagtaas sa MC content, ug adunay minimum wave number kung ang PLLA/MC kay 70/30. Sa C=O vibration region (1758 cm-1), ang C=O peak gamay nga mibalhin ngadto sa ubos nga wavenumber uban sa pagdugang sa MC. Sama sa among nahisgutan sa sayo pa, adunay daghang mga grupo sa PLLA nga makahimo og espesyal nga interaksyon sa ubang mga polimer, ug ang mga resulta sa infrared spectrum mahimong hiniusang epekto sa daghang posible nga espesyal nga interaksyon. Sa sistema sa pagsagol sa PLLA ug cellulose ether, mahimo nga adunay lainlaing mga porma sa hydrogen bond tali sa ester nga grupo sa PLLA, ang terminal nga hydroxyl nga grupo ug ang ether nga grupo sa cellulose ether (EC o MG), ug ang nahabilin nga hydroxyl nga mga grupo. Ang PLLA ug EC o MCs mahimong partially compatible. Mahimo kini tungod sa paglungtad ug kalig-on sa daghang hydrogen bond, busa ang mga pagbag-o sa rehiyon sa O-H mas hinungdanon. Apan, tungod sa steric nga babag sa cellulose nga grupo, ang hydrogen bond tali sa C=O nga grupo sa PLLA ug sa O-H nga grupo sa cellulose ether huyang.
2.2 DSC panukiduki
DSC curves sa PLLA, EC ug PLLA-EC blends. Ang temperatura sa transisyon sa baso nga Tg sa PLLA mao ang 56.2 °C, ang temperatura sa pagtunaw sa kristal nga Tm mao ang 174.3 °C, ug ang pagkakristal mao ang 55.7%. Ang EC usa ka amorphous polymer nga adunay Tg nga 43°C ug walay temperatura sa pagtunaw. Ang Tg sa duha ka mga sangkap sa PLLA ug EC suod kaayo, ug ang duha ka transisyon nga mga rehiyon nagsapaw ug dili mailhan, mao nga lisud gamiton kini isip usa ka sukdanan sa pagkaangay sa sistema. Sa pagtaas sa EC, ang Tm sa PLLA-EC blends mikunhod gamay, ug ang crystallinity mikunhod (ang crystallinity sa sample nga adunay PLLA/EC 20/80 kay 21.3%). Ang Tm sa mga timpla mikunhod uban ang pagtaas sa sulud sa MC. Kung ang PLLA / MC mas ubos kaysa 70/30, ang Tm sa timpla lisud sukdon, nga mao, hapit amorphous nga timpla ang makuha. Ang pagpaubos sa natunaw nga punto sa pagsagol sa mga kristal nga polimer nga adunay mga amorphous nga polimer kasagaran tungod sa duha ka hinungdan, ang usa mao ang epekto sa pagtunaw sa amorphous nga sangkap; ang lain mahimo nga mga epekto sa istruktura sama sa pagkunhod sa pagkahingpit sa crystallization o kristal nga gidak-on sa kristal nga polimer. Gipakita sa mga resulta sa DSC nga sa blend system sa PLLA ug cellulose ether, ang duha ka mga sangkap partially compatible, ug ang proseso sa crystallization sa PLLA sa sagol nga gipugngan, nga miresulta sa pagkunhod sa Tm, crystallinity ug kristal nga gidak-on sa PLLA. Kini nagpakita nga ang duha ka bahin nga pagkaangay sa PLLA-MC nga sistema mahimong mas maayo kaysa sa PLLA-EC nga sistema.
2.3 X-ray diffraction
Ang XRD curve sa PLLA adunay pinakakusog nga peak sa 2θ sa 16.64°, nga katumbas sa 020 crystal plane, samtang ang peak sa 2θ sa 14.90°, 19.21° ug 22.45° katumbas sa 101, 023, ug 121 crystals, matag usa. Ang nawong, nga mao, ang PLLA kay α-crystalline nga istruktura. Bisan pa, wala'y kristal nga istruktura nga peak sa diffraction curve sa EC, nga nagpakita nga kini usa ka amorphous nga istruktura. Sa dihang ang PLLA gisagol sa EC, ang peak sa 16.64° anam-anam nga nagkalapad, ang intensity niini mihuyang, ug kini mibalhin gamay sa ubos nga anggulo. Kung ang sulud sa EC 60%, ang peak sa crystallization nagkatibulaag. Ang pig-ot nga x-ray diffraction peak nagpakita sa taas nga crystallinity ug dako nga gidak-on sa lugas. Ang mas lapad nga peak sa diffraction, mas gamay ang gidak-on sa lugas. Ang pagbalhin sa peak sa diffraction ngadto sa usa ka ubos nga anggulo nagpakita nga ang gilay-on sa lugas nagdugang, nga mao, ang integridad sa kristal mikunhod. Adunay usa ka hydrogen bond tali sa PLLA ug Ec, ug ang gidak-on sa lugas ug pagkakristal sa PLLA mikunhod, nga mahimong tungod kay ang EC partially compatible sa PLLA aron maporma ang usa ka amorphous nga istruktura, sa ingon pagkunhod sa integridad sa kristal nga istruktura sa timpla. Ang mga resulta sa X-ray diffraction sa PLLA-MC nagpakita usab sa susamang mga resulta. Ang X-ray diffraction curve nagpakita sa epekto sa ratio sa PLLA/cellulose ether sa istruktura sa timpla, ug ang mga resulta hingpit nga nahiuyon sa mga resulta sa FT-IR ug DSC.
3. Panapos
Ang sistema sa pagsagol sa poly-L-lactic acid ug cellulose ether (ethyl cellulose ug methyl cellulose) gitun-an dinhi. Ang pagkaangay sa duha ka sangkap sa blend system gitun-an pinaagi sa FT-IR, XRD ug DSC. Ang mga resulta nagpakita nga ang hydrogen bonding naglungtad tali sa PLLA ug cellulose ether, ug ang duha ka sangkap sa sistema kay partially compatible. Ang pagkunhod sa ratio sa PLLA/cellulose ether moresulta sa pagkunhod sa melting point, crystallinity, ug crystal integrity sa PLLA sa blend, nga miresulta sa pag-andam sa mga blend sa lain-laing crystallinity. Busa, ang cellulose ether mahimong gamiton sa pag-usab sa poly-L-lactic acid, nga maghiusa sa maayo kaayo nga performance sa polylactic acid ug ang mubu nga gasto sa cellulose ether, nga makatabang sa pag-andam sa hingpit nga biodegradable nga polymer nga mga materyales.
Oras sa pag-post: Ene-13-2023