Παρασκευή και χαρακτηρισμός ημικρυσταλλικών νανοσύνθετων πολυγαλακτικού οξέος νανοσωλήνων αλλοϋσίτη
Loading...
Date
2023-11
Authors
Γιαννακοπούλου, Αριστέα
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Το πολυ(γαλακτικό οξύ) PLA, είναι ένα ημικρυσταλλικό, βιοαποικοδομήσιμο και βιοσυμβατό πολυμερές που προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές. Επιπλέον, εμφανίζει πολυμορφισμό στην κρυσταλλική φάση με τις δύο πιο κοινές κρυσταλλικές φάσεις, α και α΄, να προσφέρουν διαφορετικές μηχανικές, θερμικές ιδιότητες και ιδιότητες φραγμού του βιοπολυμερούς ανάλογα με το ποιες φάσεις είναι παρούσες και σε ποια σύσταση. Η πιο σταθερή α-κρυσταλλική φάση παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον λόγω του υψηλότερου βαθμού κρυσταλλικότητάς και των βελτιωμένων μηχανικών ιδιοτήτων που παρουσιάζει. Επιπλέον, η ενσωμάτωση νανοσωλήνων Αλλοϋσίτη (HNTs) ως νανοέγκλεισμα σε μήτρες PLA έχει δείξει πολλά υποσχόμενες δυνατότητες βελτίωσης των μηχανικών, θερμικών και ιδιοτήτων φραγμού των νανοσύνθετων που προκύπτουν.
Σε αυτή την εργασία, τα βιονανοσύνθετα φιλμ PLA/HNTs παρασκευάστηκαν με διαδικασία εξώθησης τήγματος χρησιμοποιώντας διαφορετικές συγκεντρώσεις (0, 1, 3, 5, 7 και 10 wt.%) HNTs. Άμορφα δείγματα, καθώς και ημικρυσταλλικά δείγματα που υποβλήθηκαν σε κρυστάλλωση από το τήγμα στους 120°C για 2 ώρες και μελετήθηκαν μέσω διαφόρων πειραματικών τεχνικών. Η διασπορά και η τάση για σχηματισμό συσσωματωμάτων των HNTs μελετήθηκε μέσω SEM σε διατομές δειγμάτων που είχαν κατατμηθεί μετά από ψύξη σε υγρό άζωτο για όλες τις συγκεντρώσεις. Μέσω της τεχνικής XRD επιβεβαιώσαμε τον σχηματισμό της α-φάσης κρυσταλλιτών στα δείγματα που κρυσταλλώσαμε για 2 ώρες στους 120°C.
Το κύριο αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι ο προσδιορισμός των πολυμερών κλασμάτων, δηλαδή το Κρυσταλλικό Κλάσμα (CF), το Κλάσμα Ευκίνητου Άμορφου Πολυμερούς (MAF) και το Κλάσμα Άκαμπτου Άμορφου Πολυμερούς (RAF) ως συνάρτηση της περιεκτικότητας σε HNTs. Η ποσοτικοποίηση του κλάσματος ακολουθεί το καθιερωμένο μοντέλο τριών φάσεων σύμφωνα με το οποίο (CF + MAF + RAF = 1) λαμβάνοντας επιπλέον υπόψη ότι στην περίπτωση ημικρυσταλλικών νανοσύνθετων, το συνολικό RAF μπορεί να εκφραστεί από δύο συνεισφορές, μία από το RAF που σχηματίζεται γύρω από τους κρυσταλλίτες (RAFcrystal) και μία από το RAF που σχηματίζεται γύρω από το έγκλεισμα (RAFfiller) δηλ. RAF = RAFfiller + RAFcrystal. Η ποσοτικοποίηση των πολυμερικών κλασμάτων πραγματοποιήθηκε μέσω της ανάλυσης των θερμογραφημάτων DSC άμορφων και ημικρυσταλλικών δειγμάτων.
Μια άλλη προσέγγιση για τον υπολογισμό του MAF βασίζεται σε μετρήσεις BDS μέσω της σύγκρισης της έντασης του μηχανισμού της α-χαλάρωσης για το άμορφο καθαρό PLA με την αντίστοιχη ένταση του μηχανισμού για τα ημικρυσταλλικά δείγματα. Το πρωτόκολλο των διηλεκτρικών μετρήσεων που ακολουθήθηκε περιλαμβάνει ισόθερμες σαρώσεις των αρχικά άμορφων δειγμάτων στο θερμοκρασιακό εύρος -60°C με 160°C, ταχεία ψύξη στους 120°C όπου πραγματοποιήθηκε ισόθερμη κρυστάλλωση για 2 ώρες και στη συνέχεια, ψύξη στους -60°C για την καταγραφή των αντιστοίχων ισόθερμων σαρώσεων για τα ημικρυσταλλικά δείγματα. Μέσω των φασμάτων Διηλεκτρικής Φασματοσκοπίας σε ένα μεγάλο εύρος μας δίνεται η δυνατότητα να προσδιορισμού των μηχανισμών χαλάρωσης που συνεισφέρουν και της ανάλυσης της δυναμικής τους.
Description
Keywords
Νανοσύνθετα, Βιοπολυμερή, Βιονανοσύνθετα, Πολυγαλακτικό οξύ, Νανοσωλήνες αλλοϋσίτη, Κρυστάλλωση από το τήγμα