Eter selulosa lan asam poli-L-laktik

Solusi campuran asam poly-L-lactic lan etil selulosa ing kloroform lan solusi campuran PLLA lan metil selulosa ing asam trifluoroacetic disiapake, lan campuran PLLA / selulosa eter disiapake kanthi casting; Campuran sing dipikolehi ditondoi kanthi spektroskopi inframerah transformasi godhong (FT-IR), kalorimetri pemindaian diferensial (DSC) lan difraksi sinar-X (XRD). Ana ikatan hidrogen ing antarane PLLA lan selulosa eter, lan loro komponen kasebut sebagian kompatibel. Kanthi nambah isi selulosa eter ing campuran, titik leleh, kristalinitas lan integritas kristal campuran kabeh bakal mudhun. Nalika isi MC luwih saka 30%, campuran meh amorf bisa dipikolehi. Mulane, eter selulosa bisa digunakake kanggo ngowahi asam poli-L-laktik kanggo nyiapake bahan polimer sing bisa diurai kanthi sifat sing beda.

Kata kunci: asam poli-L-laktat, etil selulosa,metil selulosa, campuran, selulosa eter

Pangembangan lan aplikasi polimer alam lan bahan polimer sintetik sing bisa rusak bakal mbantu ngatasi krisis lingkungan lan krisis sumber daya sing diadhepi manungsa. Ing taun-taun pungkasan, riset babagan sintesis bahan polimer biodegradable nggunakake sumber daya sing bisa dianyari minangka bahan mentah polimer wis narik kawigaten. Asam polylactic minangka salah sawijining poliester alifatik sing bisa rusak. Asam laktat bisa diprodhuksi dening fermentasi tanduran (kayata jagung, kentang, sukrosa, lan liya-liyane), lan uga bisa diurai dening mikroorganisme. Iku sumber daya dianyari. Asam polylactic digawe saka asam laktat kanthi polikondensasi langsung utawa polimerisasi bukaan cincin. Produk pungkasan saka degradasi kasebut yaiku asam laktat, sing ora bakal ngrusak lingkungan. PIA nduweni sifat mekanik, kemampuan proses, biodegradasi lan biokompatibilitas sing apik. Mula, PLA ora mung duwe macem-macem aplikasi ing bidang teknik biomedis, nanging uga duwe pasar potensial sing gedhe ing bidang pelapis, plastik, lan tekstil.

Biaya asam poli-L-laktik sing dhuwur lan cacat kinerja kayata hidrofobik lan brittleness mbatesi sawetara aplikasi. Kanggo nyuda biaya lan nambah kinerja PLLA, persiapan, kompatibilitas, morfologi, biodegradabilitas, sifat mekanik, keseimbangan hidrofilik / hidrofobik lan bidang aplikasi kopolimer lan campuran asam polylactic wis ditliti kanthi jero. Antarane wong-wong mau, PLLA mbentuk campuran sing kompatibel karo poli DL-asam laktat, polietilen oksida, polivinil asetat, polietilen glikol, lan liya-liyane. ing alam. Derivatif selulosa minangka bahan polimer alam paling wiwitan sing dikembangake dening manungsa, sing paling penting yaiku eter selulosa lan ester selulosa. M. Nagata et al. nyinaoni sistem campuran PLLA/selulosa lan nemokake yen rong komponen kasebut ora kompatibel, nanging sifat kristalisasi lan degradasi PLLA banget kena pengaruh komponen selulosa. N. Ogata et al nyinaoni kinerja lan struktur PLLA lan sistem campuran selulosa asetat. Paten Jepang uga nyinaoni biodegradabilitas campuran PLLA lan nitroselulosa. Y. Teramoto et al nyinaoni persiapan, sifat termal lan mekanik PLLA lan kopolimer graft selulosa diacetate. Nganti saiki, ana sawetara studi babagan sistem campuran asam polylactic lan eter selulosa.

Ing taun-taun pungkasan, klompok kita wis melu riset kopolimerisasi langsung lan modifikasi campuran asam polylactic lan polimer liyane. Kanggo nggabungake sifat asam polylactic sing paling apik kanthi biaya selulosa sing murah lan turunan kanggo nyiapake bahan polimer biodegradable kanthi lengkap, kita milih selulosa (eter) minangka komponen sing diowahi kanggo modifikasi campuran. Etil selulosa lan metil selulosa minangka rong eter selulosa sing penting. Etil selulosa minangka alkil eter selulosa non-ionik sing ora larut ing banyu, sing bisa digunakake minangka bahan medis, plastik, adhesive lan agen finishing tekstil. Metil selulosa larut ing banyu, nduweni wettability banget, cohesiveness, penylametan banyu lan film-mbentuk sifat, lan digunakake digunakake ing lapangan bahan bangunan, kemul, Kosmetik, pharmaceuticals lan papermaking. Ing kene, campuran PLLA / EC lan PLLA / MC disiapake kanthi metode casting solusi, lan kompatibilitas, sifat termal lan sifat kristalisasi campuran PLLA / selulosa eter dibahas.

1. Bagian eksperimen

1.1 Bahan baku

Etil selulosa (AR, Pabrik Reagen Kimia Khusus Tianjin Huazhen); metil selulosa (MC450), natrium dihidrogen fosfat, disodium hidrogen fosfat, etil asetat, stannous isooctanoate, kloroform (ing ndhuwur iku kabeh produk saka Shanghai Chemical Reagent Co., Ltd., lan kemurnian AR kelas); L-lactic acid (kelas farmasi, perusahaan PURAC).

1.2 Preparation saka campuran

1.2.1 Preparation saka asam polylactic

Asam poli-L-laktat disiapake kanthi metode polikondensasi langsung. Timbang solusi banyu asam L-laktat kanthi fraksi massa 90% lan ditambahake ing labu gulu telu, dehidrasi ing 150 ° C suwene 2 jam ing tekanan normal, banjur reaksi nganti 2 jam ing tekanan vakum 13300Pa, lan pungkasane bereaksi sajrone 4 jam ing vakum 3900Pa kanggo entuk prepolymer sing dehidrasi. Jumlah total larutan asam laktat dikurangi output banyu yaiku jumlah total prepolymer. Tambah klorida stannous (fraksi massa 0,4%) lan asam p-toluenesulfonat (rasio klorida stannous lan asam p-toluenesulfonat yaiku rasio 1/1 molar) sistem katalis ing prepolymer sing dipikolehi, lan ing kondensasi Saringan molekul dipasang ing tabung. kanggo nresep jumlah cilik saka banyu, lan mechanical aduk iki maintained. Sistem kabèh iki reacted ing vakum saka 1300 Pa lan suhu 150 ° C. kanggo 16 jam kanggo njupuk polimer. Dissolve polimer sing dipikolehi ing kloroform kanggo nyiyapake solusi 5%, nyaring lan endapan nganggo eter anhidrat sajrone 24 jam, nyaring endapan kasebut, lan dilebokake ing oven vakum -0,1MPa ing suhu 60 ° C suwene 10 nganti 20 jam kanggo entuk garing murni. polimer PLLA. Bobot molekul relatif saka PLLA sing dipikolehi ditemtokake dadi 45000-58000 Dalton kanthi kromatografi cair (GPC) kinerja dhuwur. Sampel disimpen ing desikator sing ngemot fosfor pentoksida.

1.2.2 Persiapan campuran asam polilaktat-etil selulosa (PLLA-EC)

Timbang jumlah asam poli-L-laktat lan etil selulosa sing dibutuhake kanggo nggawe larutan kloroform 1%, banjur nyiyapake solusi campuran PLLA-EC. Rasio solusi campuran PLLA-EC yaiku: 100/0, 80/20, 60/40, 40/60, 20/80, 0/l00, nomer kapisan nuduhake fraksi massa PLLA, lan nomer pungkasan nuduhake massa pecahan EC. Solusi sing disiapake diaduk nganggo pengaduk magnetik sajrone 1-2 jam, banjur diwutahake menyang sajian kaca kanggo ngidini kloroform nguap kanthi alami kanggo mbentuk film. Sawise film kasebut dibentuk, dilebokake ing oven vakum kanggo garing ing suhu kurang nganti 10 jam kanggo mbusak kloroform ing film kasebut. . Solusi campuran ora ana warna lan transparan, lan film campuran uga ora ana warna lan transparan. Campuran kasebut dikeringake lan disimpen ing desikator kanggo digunakake mengko.

1.2.3 Preparation of polylactic acid-methylcellulose blend (PLLA-MC)

Timbang jumlah asam poli-L-laktat lan metil selulosa sing dibutuhake kanggo nggawe larutan asam trifluoroasetat 1%. Film campuran PLLA-MC disiapake kanthi cara sing padha karo film campuran PLLA-EC. Campuran kasebut dikeringake lan disimpen ing desikator kanggo digunakake mengko.

1.3 Test kinerja

MANMNA IR-550 spektrometer infra merah (Nicolet.Corp) ngukur spektrum inframerah polimer (tablet KBr). Kalorimeter pemindaian diferensial DSC2901 (perusahaan TA) digunakake kanggo ngukur kurva DSC saka sampel, tingkat pemanasan 5 ° C / min, lan suhu transisi kaca, titik leleh lan kristalinitas polimer diukur. Gunakake Rigaku. Difraktometer D-MAX/Rb digunakake kanggo nguji pola difraksi sinar-X polimer kanggo nyinaoni sifat kristalisasi sampel.

2. Asil lan diskusi

2.1 Riset spektroskopi infra merah

Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) bisa nyinaoni interaksi antarane komponen campuran saka perspektif tingkat molekul. Yen loro homopolimer kompatibel, owah-owahan frekuensi, owah-owahan ing intensitas, lan malah katon utawa ilang karakteristik puncak saka komponen bisa diamati. Yen loro homopolimer ora kompatibel, spektrum campuran mung superposisi saka loro homopolimer. Ing spektrum PLLA, ana puncak getaran regangan C=0 ing 1755cm-1, puncak lemah ing 2880cm-1 sing disebabake dening getaran peregangan C-H saka gugus metin, lan pita lebar ing 3500 cm-1 yaiku disebabake gugus hidroksil terminal. Ing spektrum EC, puncak karakteristik ing 3483 cm-1 yaiku puncak getaran peregangan OH, nuduhake yen ana gugus O-H sing isih ana ing rantai molekul, dene 2876-2978 cm-1 minangka puncak getaran peregangan C2H5, lan 1637 cm-1 punika HOH Mlengkung puncak geter (disebabake dening sampel nyerep banyu). Nalika PLLA dicampur karo EC, ing spektrum IR wilayah hidroksil saka campuran PLLA-EC, puncak O-H pindhah menyang nomer gelombang sing kurang kanthi nambah konten EC, lan tekan minimal nalika PLLA / Ec 40/60 nomer gelombang, lan banjur pindhah menyang nomer gelombang sing luwih dhuwur, nuduhake yen interaksi antarane PUA lan 0-H saka EC kompleks. Ing wilayah getaran C=O 1758cm-1, puncak C=0 PLLA-EC rada owah dadi nomer gelombang sing luwih murah kanthi nambah EC, sing nuduhake yen interaksi antara C=O lan OH saka EC lemah.

Ing spektrogram metilselulosa, puncak karakteristik ing 3480cm-1 yaiku puncak getaran peregangan O-H, yaiku, ana sisa gugus O-H ing rantai molekul MC, lan puncak geter lentur HOH ing 1637cm-1, lan rasio MC EC luwih higroskopis. Padha karo sistem campuran PLLA-EC, ing spektrum inframerah wilayah hidroksil saka campuran PLLA-EC, puncak O-H owah kanthi nambah isi MC, lan nduweni nomer gelombang minimal nalika PLLA/MC 70/30. Ing wilayah getaran C=O (1758 cm-1), puncak C=O rada ngalih menyang nomer gelombang ngisor kanthi tambahan MC. Kaya sing wis kasebut sadurunge, ana akeh klompok ing PLLA sing bisa mbentuk interaksi khusus karo polimer liyane, lan asil saka spektrum inframerah bisa dadi efek gabungan saka akeh interaksi khusus sing bisa. Ing sistem campuran PLLA lan eter selulosa, bisa uga ana macem-macem wujud ikatan hidrogen ing antarane gugus ester PLLA, gugus hidroksil terminal lan gugus eter selulosa eter (EC utawa MG), lan gugus hidroksil sing isih ana. PLLA lan EC utawa MC bisa uga kompatibel sebagian. Bisa uga amarga ana lan kekuwatan saka pirang-pirang ikatan hidrogen, mula owah-owahan ing wilayah O-H luwih signifikan. Nanging, amarga alangan sterik saka gugus selulosa, ikatan hidrogen antarane gugus C=O saka PLLA lan gugus O-H saka eter selulosa lemah.

2.2 Riset DSC

Kurva DSC campuran PLLA, EC lan PLLA-EC. Suhu transisi kaca Tg saka PLLA yaiku 56,2 ° C, suhu leleh kristal Tm yaiku 174,3 ° C, lan kristalinitas 55,7%. EC minangka polimer amorf kanthi Tg 43°C lan ora ana suhu leleh. Tg saka rong komponen PLLA lan EC cedhak banget, lan rong wilayah transisi tumpang tindih lan ora bisa dibedakake, saengga angel digunakake minangka kriteria kanggo kompatibilitas sistem. Kanthi nambah EC, Tm saka PLLA-EC campuran rada suda, lan kristalinitas mudhun (kristallinitas sampel kanthi PLLA/EC 20/80 yaiku 21,3%). Tm saka campuran mudhun kanthi nambah isi MC. Nalika PLLA / MC luwih murah tinimbang 70/30, Tm saka campuran angel diukur, yaiku, campuran meh amorf bisa dipikolehi. Mudhunake titik leleh campuran polimer kristal karo polimer amorf biasane amarga rong alasan, siji yaiku efek pengenceran komponen amorf; liyane uga efek struktural kayata abang ing crystallization sempurno utawa ukuran kristal polimer kristal. Asil saka DSC nuduhake yen ing sistem campuran PLLA lan selulosa eter, loro komponen padha sebagéyan kompatibel, lan proses kristalisasi PLLA ing dicampur iki nyandhet, asil ing nyuda saka Tm, kristalinitas lan ukuran kristal saka PLLA. Iki nuduhake manawa kompatibilitas rong komponen sistem PLLA-MC bisa uga luwih apik tinimbang sistem PLLA-EC.

2.3 Difraksi sinar-X

Kurva XRD PLLA nduweni puncak paling kuat ing 2θ saka 16,64 °, sing cocog karo bidang kristal 020, dene puncak ing 2θ saka 14,90 °, 19,21 ° lan 22,45 ° cocog karo kristal 101, 023, lan 121. Permukaan, yaiku, PLLA minangka struktur α-kristal. Nanging, ora ana puncak struktur kristal ing kurva difraksi EC, sing nuduhake yen struktur kasebut minangka struktur amorf. Nalika PLLA dicampur karo EC, puncak ing 16,64 ° mboko sithik nggedhekake, intensitase saya lemah, lan rada pindhah menyang sudut ngisor. Nalika isi EC 60%, puncak kristalisasi wis bubar. Puncak difraksi sinar-x sing sempit nuduhake kristalinitas dhuwur lan ukuran butir gedhe. Sing luwih jembar puncak difraksi, luwih cilik ukuran butir. Pergeseran puncak difraksi menyang sudut sing kurang nuduhake yen jarak gandum mundhak, yaiku, integritas kristal mudhun. Ana ikatan hidrogen ing antarane PLLA lan Ec, lan ukuran gandum lan kristalinitas PLLA nyuda, sing bisa uga amarga EC sebagian kompatibel karo PLLA kanggo mbentuk struktur amorf, saéngga nyuda integritas struktur kristal campuran kasebut. Asil difraksi sinar-X saka PLLA-MC uga nggambarake asil sing padha. Kurva difraksi sinar-X nggambarake efek rasio PLLA / selulosa eter ing struktur campuran, lan asile konsisten karo asil FT-IR lan DSC.

3. Kesimpulan

Sistem campuran asam poli-L-laktat lan selulosa eter (etil selulosa lan metil selulosa) diteliti ing kene. Kompatibilitas rong komponen ing sistem campuran ditliti kanthi nggunakake FT-IR, XRD lan DSC. Asil nuduhake yen ikatan hidrogen ana ing antarane PLLA lan selulosa eter, lan loro komponen ing sistem padha sebagian kompatibel. Penurunan rasio PLLA/selulosa eter nyebabake nyuda titik leleh, kristalinitas, lan integritas kristal PLLA ing campuran, sing nyebabake nyiapake campuran kristalinitas sing beda. Mulane, eter selulosa bisa digunakake kanggo ngowahi asam poly-L-lactic, sing bakal nggabungake kinerja asam polylactic sing apik lan biaya eter selulosa sing murah, sing cocog kanggo nyiapake bahan polimer kanthi biodegradable.