Поли-L-сүт кислотасынын жана этил целлюлозасынын хлороформдагы аралаш эритмеси жана PLLA менен метил целлюлозанын трифторуксус кислотасындагы аралаш эритмеси даярдалды, ал эми PLLA/целлюлоза эфиринин аралашмасы куюу жолу менен даярдалды; Алынган аралашмалар жалбырактарды трансформациялоочу инфракызыл спектроскопия (FT-IR), дифференциалдык сканерлөөчү калориметрия (DSC) жана рентген нурларынын дифракциясы (XRD) менен мүнөздөлгөн. PLLA менен целлюлоза эфиринин ортосунда суутек байланышы бар жана эки компонент жарым-жартылай шайкеш келет. Аралашмадагы целлюлоза эфиринин курамынын көбөйүшү менен аралашманын эрүү температурасы, кристаллдуулугу жана кристаллдык бүтүндүгү төмөндөйт. MC мазмуну 30% жогору болгондо, дээрлик аморфтук аралашмаларды алууга болот. Ошондуктан, целлюлоза эфири ар кандай касиеттери менен бузулуучу полимердик материалдарды даярдоо үчүн поли-L-сүт кислотасын өзгөртүү үчүн колдонулушу мүмкүн.
Негизги сөздөр: поли-L-сүт кислотасы, этил целлюлоза,метил целлюлоза, аралаштыруу, целлюлоза эфири
Табигый полимерлерди жана бузулуучу синтетикалык полимердик материалдарды иштеп чыгуу жана колдонуу адам баласы туш болгон экологиялык кризисти жана ресурстук кризисти чечүүгө жардам берет. Акыркы жылдарда полимердик чийки зат катары кайра жаралуучу ресурстарды пайдалануу менен биоажыралуучу полимердик материалдарды синтездөө боюнча изилдөөлөр кеңири көңүл бурду. Полилактикалык кислота маанилүү бузулуучу алифаттык полиэстерлердин бири болуп саналат. Сүт кислотасы айыл чарба өсүмдүктөрүн (мисалы, жүгөрү, картошка, сахароза ж. б.) ачытуу жолу менен пайда болушу мүмкүн, ошондой эле микроорганизмдер тарабынан бузулушу мүмкүн. Бул кайра жаралуучу ресурс болуп саналат. Полилактикалык кислота сүт кислотасынан түз поликонденсациялоо же шакекче ачуу полимерлөө жолу менен даярдалат. Анын бузулушунун акыркы продуктусу сүт кислотасы болуп саналат, ал айлана-чөйрөнү булгабайт. PIA сонун механикалык касиеттерге, иштетүүгө, биоажыралууга жана био шайкештикке ээ. Ошондуктан, PLA биомедициналык инженерия тармагында кеңири колдонууга гана ээ болбостон, ошондой эле жабуу, пластмасса жана текстиль тармактарында чоң потенциалдуу рынокторго ээ.
Поли-L-сүт кислотасынын жогорку баасы жана анын гидрофобдук жана морттук сыяктуу иштөөсүнүн кемчиликтери аны колдонуу чөйрөсүн чектейт. Анын өздүк наркын төмөндөтүү жана PLLAнын натыйжалуулугун жогорулатуу максатында, полилактикалык кислота сополимерлеринин жана аралашмаларынын даярдалышы, шайкештиги, морфологиясы, биодеградациясы, механикалык касиеттери, гидрофилдик/гидрофобдук балансы жана колдонуу чөйрөлөрү терең изилденген. Алардын арасында PLLA поли DL-сүт кислотасы, полиэтилен кычкылы, поливинилацетат, полиэтиленгликол ж.б. менен шайкеш аралашманы түзөт. Целлюлоза β-глюкозанын конденсациясынан пайда болгон табигый полимердик кошулма жана эң көп кайталануучу ресурстардын бири болуп саналат. жаратылышта. Целлюлоза туундулары – адамдар тарабынан иштелип чыккан эң алгачкы табигый полимердик материалдар, алардын эң негизгилери целлюлоза эфирлери жана целлюлоза эфирлери. М. Нагата жана башкалар. PLLA / целлюлоза аралашма системасын изилдеп, эки компоненти бири-бирине дал келбей турганын, бирок PLLAнын кристаллдашуу жана бузулуу касиеттерине целлюлоза компоненти абдан таасир эткен. N. Ogata et al PLLA жана целлюлоза ацетат аралашмасы системасынын аткарууну жана түзүмүн изилдеген. Жапон патенти ошондой эле PLLA жана нитроцеллюлоза аралашмаларынын биодеградациясын изилдеген. Y. Терамото жана башкалар PLLA жана целлюлоза диацетат транспланттарынын сополимерлеринин даярдоо, жылуулук жана механикалык касиеттерин изилдешкен. Азырынча полилактикалык кислота менен целлюлоза эфиринин аралашуу системасы боюнча изилдөөлөр өтө аз.
Акыркы жылдары биздин топ полилактикалык кислотаны жана башка полимерлерди түз сополимеризациялоо жана аралаштыруу модификациясын изилдөө менен алектенет. Полилактикалык кислотанын эң сонун касиеттерин целлюлозанын жана анын туундуларынын арзандыгы менен айкалыштыруу үчүн толук биологиялык жактан ажырай турган полимердик материалдарды даярдоо үчүн, биз аралаштыруу үчүн модификацияланган компонент катары целлюлозаны (эфирди) тандайбыз. Этил целлюлоза жана метил целлюлоза эки маанилүү целлюлоза эфири болуп саналат. Этил целлюлозасы сууда эрибеген иондук эмес целлюлоза алкил эфири болуп саналат, аны медициналык материалдар, пластмассалар, желимдер жана текстилдик жасалгалоочу каражаттар катары колдонууга болот. Метил целлюлоза сууда эрүүчү, мыкты нымдоочулук, бириктирүүчүлүк, сууну кармоочу жана пленка түзүүчү касиеттерге ээ жана курулуш материалдары, каптоо, косметика, фармацевтика жана кагаз жасоо тармактарында кеңири колдонулат. Бул жерде PLLA/EC жана PLLA/MC аралашмалары эритме куюу ыкмасы менен даярдалган жана PLLA/целлюлоза эфир аралашмаларынын шайкештиги, жылуулук касиеттери жана кристаллдашуу касиеттери талкууланган.
1. Эксперименталдык бөлүгү
1.1 Чийки заттар
Этил целлюлоза (АР, Тяньцзинь Хуажэнь атайын химиялык реактив фабрикасы); метил целлюлоза (MC450), натрий дигидроген фосфаты, натрий гидрофосфаты, этилацетат, калий изооктанат, хлороформ (жогоруда айтылгандардын бардыгы Shanghai Chemical Reagent Co., Ltd. компаниясынын продукциясы жана тазалыгы AR классы); L-сүт кислотасы (фармацевтикалык класс, PURAC компаниясы).
1.2 Аралашмаларды даярдоо
1.2.1 Полилактикалык кислотаны алуу
Поли-L-сүт кислотасы түз поликонденсациялоо ыкмасы менен даярдалган. Массалык үлүшү 90% болгон L-сүт кислотасынын суу эритмесин таразага салып, үч моюндуу колбага кошуп, нормалдуу басымда 150°С температурада 2 саат кургатат, андан кийин 13300Па вакуум басымында 2 саат реакцияга киргизет, акырында 3900Па вакуумда 4 саат реакцияга кирип, суусузданган преполимерди алат. Сүт кислотасынын суудагы эритмесинин жалпы суммасы суу чыгарууну алып салганда, преполимердин жалпы суммасы болуп саналат. Алынган преполимерге калий хлорид (массалык үлүшү 0,4%) жана р-толуолсульфон кислотасы (калий хлорид менен р-толуолсульфон кислотасынын катышы 1/1 молярдык катыш) катализатор системасы кошулуп, конденсацияда түтүккө молекулярдык електер орнотулган. аз сандагы сууну сиңирип алуу жана механикалык аралаштыруу сакталган. Полимерди алуу үчүн бүт система 1300 Па вакуумда жана 150°С температурада 16 саат бою реакцияга алынган. Алынган полимерди хлороформдо эритип, 5%түү эритмени даярдап, чыпкалап, суусуз эфир менен 24 саат чөктүрөт, чөккөн чөктүрдү чыпкалап, 60°С температурада -0,1МПа вакуумдук мешке 10-20 саатка салып, таза кургак болот. PLLA полимери. Алынган PLLAнын салыштырмалуу молекулярдык массасы 45000-58000 Дальтон экендиги жогорку натыйжалуу суюк хроматография (GPC) жолу менен аныкталган. Үлгүлөр фосфор пентоксиди бар эксикатордо сакталган.
1.2.2 Полилактикалык кислота-этил целлюлоза аралашмасын даярдоо (PLLA-EC)
Поли-L-сүт кислотасынын жана этил целлюлозасынын керектүү өлчөмүн 1% хлороформ эритмесин даярдоо үчүн таразалап, андан кийин PLLA-EC аралаш эритменин даярдайт. PLLA-EC аралаш эритменин катышы: 100/0, 80/20, 60/40, 40/60, 20/80, 0/l00, биринчи сан PLLA массасынын үлүшүн билдирет, ал эми акыркы сан EC фракциясынын массасы. Даярдалган эритмелер 1-2 саат бою магниттик аралаштыргыч менен аралаштырылды, андан кийин пленка пайда кылуу үчүн хлороформ табигый түрдө бууланып кетиши үчүн айнек идишке куюлат. Пленка пайда болгондон кийин пленкадагы хлороформду толук алып салуу үчүн 10 саатка төмөн температурада кургатуу үчүн вакуумдук мешке коюлган. . Аралаштырылган эритме түссүз жана тунук, ал эми аралашма пленкасы да түссүз жана тунук. Аралашма кургатылган жана кийинчерээк колдонуу үчүн эксикатордо сакталган.
1.2.3 Полилактикалык кислота-метилцеллюлоза аралашмасын даярдоо (PLLA-MC)
Поли-L-сүт кислотасынын жана метил целлюлозанын керектүү көлөмүн 1% трифторссус кислотасынын эритмесин алуу үчүн таразалап алыңыз. PLLA-MC аралашма тасмасы PLLA-EC аралашма пленкасы сыяктуу эле ыкма менен даярдалган. Аралашма кургатылган жана кийинчерээк колдонуу үчүн эксикатордо сакталган.
1.3 Иштин натыйжалуулугун текшерүү
MANMNA IR-550 инфракызыл спектрометри (Nicolet.Corp) полимердин (KBr планшети) инфракызыл спектрин өлчөдү. Үлгүнүн DSC ийри сызыгын өлчөө үчүн DSC2901 дифференциалдык сканерлөө калориметри (TA компаниясы) колдонулган, жылытуу ылдамдыгы 5°C/мин, ал эми айнек өтүү температурасы, эрүү температурасы жана полимердин кристаллдуулугу ченелген. Ригаку колдонуңуз. D-MAX/Rb дифрактометр үлгүнүн кристаллдашуу касиеттерин изилдөө үчүн полимердин рентгендик дифракция үлгүсүн текшерүү үчүн колдонулган.
2. Жыйынтыктар жана талкуу
2.1 Инфракызыл спектроскопиялык изилдөө
Фурье трансформациясы инфракызыл спектроскопиясы (FT-IR) аралашма компоненттеринин ортосундагы өз ара аракеттенүүнү молекулярдык деңгээлде изилдей алат. Эгерде эки гомополимер бири-бирине шайкеш келсе, жыштыктын жылышы, интенсивдүүлүктүн өзгөрүшү, ал тургай компоненттерге мүнөздүү чокулардын пайда болушу же жок болушу байкалат. Эгерде эки гомополимер бири-бирине шайкеш келбесе, аралашманын спектри эки гомополимердин суперпозициясы болуп саналат. PLLA спектринде 1755см-1де С=0 созулган термелүү чокусу, метин тобунун С—Н созулган термелүүсү менен шартталган алсыз чокусу 2880см-1 жана 3500см-1 кең тилкеси бар. терминалдык гидроксил топтору менен шартталган. EC спектринде 3483 см-1 мүнөздүү чокусу OH созулган термелүү чокусу болуп саналат, бул молекулярдык чынжырда O—H топтору калганын көрсөтүп турат, ал эми 2876-2978 см-1 С2Н5 созулган термелүү чокусу жана 1637 см-1 - HOH ийилүүчү термелүү чокусу (үлгү сиңирүүчү суудан келип чыккан). PLLA EC менен аралашканда, PLLA-EC аралашмасынын гидроксил аймагынын IR спектринде, O—H чокусу EC мазмунунун көбөйүшү менен төмөнкү толкун санына жылат жана PLLA/Ec 40/60 толкун саны болгондо, минимумга жетет, жана андан кийин PUA жана EC 0-H ортосундагы өз ара аракеттенүү татаал экендигин көрсөтүп, жогорку толкун сандарына өттү. 1758см-1 болгон C=O термелүү аймагында PLLA-ECтин C=0 чокусу ЭКтин көбөйүшү менен бир аз төмөнкү толкун санына жылды, бул ЭКтин C=O жана OH ортосундагы өз ара аракеттенүүсү начар экенин көрсөттү.
Метилцеллюлозанын спектрограммасында 3480см-1 боюнча мүнөздүү чоку болуп О—Н созулган термелүү чокусу саналат, башкача айтканда, MC молекулалык чынжырында O—H калдык топтору бар, ал эми HOH ийилүүчү термелүү чокусу 1637см-1, жана MC катышы EC көбүрөөк гигроскопиялык болуп саналат. PLLA-EC аралашма системасына окшоп, PLLA-EC аралашмасынын гидроксил аймагынын инфракызыл спектрлеринде O—H чокусу MC мазмунунун көбөйүшү менен өзгөрөт жана PLLA/MC болгондо минималдуу толкун санына ээ. 70/30. С=О термелүү аймагында (1758 см-1) С=О чокусу МКнын кошулушу менен төмөнкү толкун сандарына бир аз жылат. Жогоруда айтылгандай, PLLAда башка полимерлер менен өзгөчө өз ара аракеттешүүлөрдү түзө турган көптөгөн топтор бар жана инфракызыл спектрдин натыйжалары көптөгөн мүмкүн болгон өзгөчө өз ара аракеттенүүнүн биргелешкен эффекти болушу мүмкүн. PLLA жана целлюлоза эфиринин аралашма системасында PLLAнын эфир тобу, терминалдык гидроксил тобу жана целлюлоза эфиринин эфир тобу (EC же MG) жана калган гидроксил топторунун ортосунда ар кандай суутек байланыш формалары болушу мүмкүн. PLLA жана EC же MC жарым-жартылай шайкеш болушу мүмкүн. Бул бир нече суутек байланыштарынын болушуна жана бекемдигине байланыштуу болушу мүмкүн, ошондуктан O—H аймагындагы өзгөрүүлөр олуттуураак. Бирок, целлюлоза тобунун стерикалык тоскоолдугунан улам PLLAнын С=О тобу менен целлюлоза эфиринин O—H тобунун ортосундагы суутек байланышы начар.
2.2 DSC изилдөө
PLLA, EC жана PLLA-EC аралашмаларынын DSC ийри сызыктары. PLLAнын айнек өтүү температурасы Тг 56,2°С, кристаллдын эрүү температурасы Tm 174,3°С, кристаллдуулугу 55,7%. EC аморфтук полимер Tg 43°С жана эрүү температурасы жок. PLLA жана EC эки компонентинин Tg өтө жакын жана эки өткөөл аймак бири-бирине дал келет жана аларды айырмалоо мүмкүн эмес, ошондуктан аны системанын шайкештигинин критерийи катары колдонуу кыйын. EC көбөйүшү менен PLLA-EC аралашмаларынын Tm бир аз азайып, кристаллдуулугу төмөндөгөн (PLLA/EC 20/80 менен үлгүнүн кристаллдуулугу 21,3% түздү). MC мазмунунун көбөйүшү менен аралашмалардын Tm азайган. PLLA/MC 70/30 төмөн болгондо, аралашманын Tm өлчөө кыйынга турат, башкача айтканда, дээрлик аморфтук аралашманы алууга болот. Кристаллдык полимерлердин аморфтук полимерлер менен аралашмаларынын эрүү температурасынын төмөндөшү адатта эки себеп менен болот, бири аморфтук компоненттин суюлтуу эффектиси; экинчиси кристаллдаштыруунун кемчиликсиздигинин төмөндөшү же кристаллдык полимердин кристалл өлчөмү сыяктуу структуралык эффекттер болушу мүмкүн. DSC натыйжалары PLLA жана целлюлоза эфиринин аралашма системасында эки компонент жарым-жартылай туура келгендигин жана аралашмадагы PLLAнын кристаллдашуу процесси бөгөттөлгөндүгүн, натыйжада PLLAнын Tm, кристаллдуулугу жана кристаллдык өлчөмү азайгандыгын көрсөттү. Бул PLLA-MC системасынын эки компоненттүү шайкештиги PLLA-EC системасына караганда жакшыраак болушу мүмкүн экенин көрсөтүп турат.
2.3 Рентген нурларынын дифракциясы
PLLAнын XRD ийри сызыгы 2θ 16,64° боюнча эң күчтүү чокуга ээ, ал 020 кристаллдык тегиздикке туура келет, ал эми 2θ 14,90°, 19,21° жана 22,45° чокулары тиешелүүлүгүнө жараша 101, 023 жана 121 cstals туура келет. Беттик, башкача айтканда, PLLA α-кристаллдык түзүлүш болуп саналат. Бирок, ЭКтин дифракциялык ийри сызыгында кристаллдык структуранын чокусу жок, бул анын аморфтук түзүлүш экенин көрсөтүп турат. PLLA EC менен аралаштырганда, 16,64 ° чокусу акырындык менен кеңейип, анын интенсивдүүлүгү алсырап, бир аз төмөн бурчка жылды. EC мазмуну 60% болгондо, кристаллдашуу чокусу тараган. Тар рентгендик дифракциянын чокулары жогорку кристаллдуулукту жана ири дан өлчөмүн көрсөтөт. Дифракциянын чокусу канчалык кең болсо, дан өлчөмү ошончолук кичине болот. Дифракциянын чокусунун төмөн бурчка жылышы бүртүкчөлөрдүн аралыгы чоңойгондугун, башкача айтканда кристаллдын бүтүндүгү азайгандыгын көрсөтөт. PLLA жана Ec ортосунда суутек байланышы бар жана PLLAнын дан өлчөмү жана кристаллдуулугу төмөндөйт, бул EC аморфтук түзүлүштү пайда кылуу үчүн PLLA менен жарым-жартылай шайкеш келгендиктен болушу мүмкүн, ошону менен аралашманын кристаллдык структурасынын бүтүндүгүн төмөндөтөт. PLLA-MCнын рентгендик дифракциясынын натыйжалары да окшош натыйжаларды чагылдырат. Рентген нурларынын дифракциялык ийри сызыгы PLLA/целлюлоза эфиринин катышынын аралашманын структурасына тийгизген таасирин чагылдырат жана натыйжалар FT-IR жана DSC натыйжаларына толугу менен дал келет.
3. Корутунду
Бул жерде поли-L-сүт кислотасынын жана целлюлоза эфиринин (этил целлюлоза жана метил целлюлоза) аралашма системасы изилденген. Аралаштыруу системасындагы эки компоненттин шайкештиги FT-IR, XRD жана DSC аркылуу изилденген. Натыйжалар PLLA менен целлюлоза эфиринин ортосунда суутек байланышы бар экенин жана системадагы эки компонент жарым-жартылай дал келгенин көрсөттү. PLLA/целлюлоза эфиринин катышынын азайышы аралашмадагы PLLAнын эрүү температурасынын, кристаллдуулугунун жана кристаллдык бүтүндүгүнүн төмөндөшүнө алып келет, натыйжада ар кандай кристаллдуулуктагы аралашмалар даярдалат. Ошондуктан, целлюлоза эфири поли-L-сүт кислотасын өзгөртүү үчүн колдонулушу мүмкүн, ал полилактикалык кислотанын мыкты көрсөткүчтөрүн жана толук биоажыралуучу полимердик материалдарды даярдоого ыңгайлуу болгон целлюлоза эфиринин арзан баасын айкалыштырат.
Посттун убактысы: 2023-жылдын 13-январына чейин