فایل های دانشگاهی

ارتباط نانوساختار و خواص مکانیکی پلی یورتانهای زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید- قسمت ۳

به عنوان انتخاب اول، خودِ منومر لاکتاید می ­تواند به عنوان یک انتخاب طبیعی برای نرم کردن پلی لاکتیک اسید به منظور افزایش ازدیاد طول آن در نقطه شکست در نظر گرفته شود، اما عیب بزرگ لاکتاید مهاجرت تدریجی این کوچک مولکول به سطح پلیمر و دوباره سفت شدن پلیمر به مرور زمان می­باشد. بنابراین نرم کننده­ های با وزن مولکولی بالاتر (الیگومری) نظیر گلیسیرول، سیترات استر، پلی اتیلن گلایکول و حتی لاکتیک اسیدِ الیگومری می­توانند استفاده شوند. در مطالعه صورت گرفته توسط Martin و Avérous [55] در این زمینه نشان داده شده که لاکتیک اسید الیگومری و پلی اتیلن گلایکول با وزن مولکولی پایین بهترین نتایج و گلیسیرول کمترین تاثیر را به عنوان نرم کننده دارند. در رابطه با فاکتور قطبیت نیز مطالعات نشان می­دهد پلی استرها و استرآمیدهای الیگومری می­توانند به عنوان نرم کننده­ های خوبی برای پلی لاکتیک اسید استفاده شوند و به دلیل افزایش تعداد گروه­های قطبی آمیدی خواص نرم کنندگی بهتری نشان داده­اند [۵۶]. همان­گونه که در بالا هم بدان اشاره شد علاوه بر جرم مولکولی و قطبیت نرم کننده، گروه­های انتهایی نرم کننده نیز می­توانند بر روی خواص پلی لاکتیک اسید تاثیرگذار باشند. البته تاثیر این پارامتر به شدت دو پارامتر قبلی نیست. در تحقیق صورت گرفته توسط Kulinski و همکارانش [۵۷] نشان داده شده که خواص مکانیکی و حرارتی پلی لاکتیک اسیدی که توسط پلی اتیلن گلایکولِ دارای گروه­های انتهایی هیدروکسیلی و اتری (وزن مولکولی بین ۴۰۰ تا ۷۵۰) نرم شده است بیشتر تحت تاثیر ترکیب درصد پلی اتیلن گلایکول قرار داشته و بستگی زیادی به گروه­های انتهایی نداشته است.
۴- ۱- ۳- ۲- کامپوزیت­ها و آلیاژهای پلی لاکتیک اسید – پلیمرها یا پرکننده­ های زیست تخریب ناپذیر
یکی از بهترین پلیمرهای زیست تخریب ناپذیر جهت بهبود چقرمگی پلی لاکتیک اسید، پلی اتیلن با دانسیته پایین (LDPE) است. در این راستا چنانچه PLA به صورت آمورف باشد در صورت آلیاژ شدن با LDPE نیاز به سازگار کردن آنها به کمک کوپلیمر دوبلوکی PLA-LDPE می­باشد ولی PLA کریستالی نیازی به سازگارسازی ندارد [۵۸]. تحقیق Zhang و همکارانش[۵۹] نشان داده است که آلیاژهای پلی متیل متاکریلات (PMMA) و پلی لاکتیک اسید نیز چنانچه توسط روش محلولی/رسوبی[۷۱] تهیه شوند کاملا امتزاج­پذیر و چنانچه به روش تبخیر حلال[۷۲] تهیه شوند به صورت جزئی امتزاج­پـسذیر می­باشند و PMMA آمورف می ­تواند کریستالیزاسیون PLA را محدود کند.
۴- ۱- ۳- ۲- ۱- کامپوزیت­ها و آلیاژهای پلی لاکتیک اسید – نانوذرات
دسته دیگری از افزودنی­ها جهت بهبود خواص مکانیکی پلی لاکتیک اسید، پرکننده­ های آلی یا معدنی هستند. به عنوان مثال، اکسید فلزاتی مانند آلومینیوم و تیتانیوم جزء افزودنی­هایی هستند که برای بهبود خواص مکانیکی این پلیمر جهت کاربردهای ارتوپدی مناسب می­باشند. کامپوزیت­های تقویت شده با الیاف کربن نیز خواص مکانیکی بسیار خوبی نشان داده­اند [۶۰]. ذرات نانورس و دیگر افزودنی­های نانو نیز در اثر اختلاط با این پلیمر منجر به افزایش مدول یانگ آن و بهبود دیگر خواص مکانیکی این پلیمر شده ­اند [۶۱]. مثلا افزودن نانورس به پلی لاکتیک اسید به دلیل افزایش کریستالیزاسیون آن منجر به افزایش پایداری حرارتی آن می­گردد [۵۵]. همچنین افزودن سیلیکات­های لایه­ای اصلاح شده[۷۳] (OMLS) به PLA به منظور بهبود خواص مختلفی نظیر HDT ، خواص دینامیکی-مکانیکی و خواص حفاظتی این پلیمر به طور گسترده­ای مورد مطالعه قرار گرفته است [۶۴-۶۲]. تحقیق صورت گرفته توسط Jiang و همکارانش [۶۲] مقایسه بین تاثیر نانوذرات کربنات کلسیم (NPCC) و مونتمویلونیت (MMT) بر تقویت و نیز چقرمگی پلی لاکتاید را بررسی کرده است. همچنین در این تحقیق، مکانیسم­های مختلف چقرمه سازی بررسی و مقایسه شده است. نتایج ایشان نشان می­دهد PLA باعث بازشدن لایه ­های نانورس MMT شده و در درصدهای پایین نانورس (کمتر از ۵ درصد وزنی) پخش شدگی خوبی در ماتریس PLA صورت گرفته است و در مقادیر بیشتر از نانورس کلوخه­ها[۷۴]ی نانورس مشاهده شده است. کرنش شکست PLA در گستره مقدار ۰ تا ۵/۷ درصد وزنی NPCC افزایش یافته است در حالیکه برای MMT درگستره ۰ تا حدود ۵/۲ درصد این پارامتر افزایش و در بالاتر از این مقدار، این پارامتر کاهش یافته است. در رابطه با استحکام کششی، افزودن نانوذرات کربنات کلسیم منجر به کاهش این خاصیت مهم مکانیکی شده است در صورتی که افزایش مونتموریلونیت تا غلظت ۵ درصد وزنی باعث افزایش این خاصیت گشته است. همچنین تمام نمونه­های حاوی NPCC (مقادیر مختلف نانوذره) دارای نقطه تسلیم در نمودار تنش کرنش بوده است اما برای نانوکامپوزیت­های شامل MMT فقط نمونه دارای ۵/۲ درصد نانوذره از خود تسلیم نشان داده است. بر طبق نتیجه ­گیری Jiang و همکارانش، تاثیرات متفاوت این دو نوع مختلف نانورس بر روی خواص مکانیکی PLA به دلیل تفاوت در ریزساختار و نیز برهم­کنش بین نانوذرات و ماتریس PLA می­باشد. مطالعات دقیق­تر در رابطه با مکانیزم چقرمگی نشان داده است که نانوذرات کربنات کلسیم از طریق ایجاد شکافچه[۷۵] باعث افزایش کرنش در نقطـه شکـسـت مـی­شوند که در نهایت توسط ائتلاف[۷۶] حفره­ها و شکاف­های ریز منجر به شکست نمونه می­شوند، اما مونتموریلونیت (مخصوصا در غلظتهای پایین) توسط مکانیسم تسلیم برشی[۷۷] باعث بهبود افزایش کرنش شکست و بهبود چقرمگی نمونه پلیمری می­ شود. در واقع لایه ­های MMT که مابین ریزحفره­ها[۷۸] قرار گرفته­اند و از ائتلاف آنها جلوگیری می­ کنند اجازه تسلیم برشی­های در مقیاس بالا را به ماده پلیمری می­ دهند و در غلظت­های بالای MMT ، کلوخه­های آن نوعی شکست زودرس را به ماده پلیمری القا می­ کنند و فرصت شروع تسلیم برشی را به ماده پلیمری نمی­دهند.
همچنین در رابطه با خواص حرارتی و مکانیکی و عبورپذیری گاز فیلم­های پلی لاکتیک اسید، Thellen و همکارانش [۶۳] افزایش در استحکام کششی، مدول و نیز ازدیاد طول را برای فیلم نانوکامپوزیت­های PLA که شامل تنها ۵درصد نانورسِ مونتموریلونیت اصلاح شده بود مشاهده کرده ­اند. بر اساس تحقیقات ایشان، فیلم­های نانوکامپوزیتی حدود ۴۸ درصد کاهش در عبورپذیری اکسیژن و حدود ۵۰ درصد کاهش در عبورپذیری بخار آب را نسبت به پلمر خالص نشان دادند. آنالیز حرارتی نانوکامپوزیت­ها نیز نشان می­دهد که دمای انتقال شیشه ­ای، دمای ذوب و دمای کریستالیزاسیون پلی لاکتیک اسید در صورت افزودن نانوذرات MMT افزایش قابل توجهی داشته است. همچنین دمای شروع تجزیه حرارتی آنها نزدیک به ۱۰ درجه سانتیگراد از پلی لاکتیک اسید خالص بزرگتر است. بررسی خواص مکانیکی نیز نشان می­دهد مدول یانگ پلیمر با افزودن نانورس اصلاح شده حدود ۲۰ درصد افزایش داشته است.
همچنین در تحقیق صورت گرفته توسط Chang و همکارانش [۶۴] افزودن نانورس مونتموریلونیت یا میکای سنتزی به پلی لاکتیک اسید در غلظت کمتر از ۴ درصد نانوذرات منجر به افزایش استحکام کششی و ازدیاد طول نقطه شکست PLA شده است.
در رابطه با مبحث زیست تخریب پذیری نیز تحقیقات [۶۳] نشان می­دهد که افزودن نانوذرات به پلیمر زیست تخریب پذیر پلی لاکتیک اسید منجر به افزایش نرخ زیست تخریب پذیری آن می­گردد. این مساله در رابطه با فرایند تخریب پلی لاکتیک اسید در طبیعت از اهمیت زیادی برخوردار است؛ چرا که با توجه به پایین بودن نرخ زیست تخریب پذیری پلی لاکتیک اسید که به عنوان یک عیب بزرگ برای این پلیمر شناخته می­ شود می­توان استفاده از نانوذرات را برای بهبود و افزایش زیست تخریب پذیری آن در کنار بهبود دیگر خواص (نظیر خواص حرارتی و مکانیکی) را به عنوان یک رویکرد مناسب در نظر گرفت. بر طبق گفته Thellen و همکارانش، حضور گروه­های هیدروکسیلی انتهایی در لبه­های لایه ­های سیلیکاتی یکی از فاکتورهای مهم در افزایش نرخ تخریب پذیری نانوکامپوزیت­های PLA نسبت به پلیمر خالص آن می­باشد، چرا که این گروه­های هیدروکسیلی با جذب رطوبت از محیط اطراف باعث شروع هیدرولیز هتروژن ماتریس PLA می­شوند که به دنبال آن تخریب نهایی این پلیمر را افزایش می­دهند.
با توجه به مطلب مذکور، در این پروژه نیز سعی بر این است تا پس از ساخت پلی یورتان­های زیست تخریب پذیر بر پایه پلی لاکتیک اسید، از نانوذرات به عنوان یک افزودنی مناسب جهت افزایش نرخ زیست تخریب پذیری پلیمر استفاده کرد.
۴- ۱- ۳- ۲- کامپوزیت­ها و آلیاژهای پلی لاکتیک اسید – پلیمرهای زیست تخریب پذیر و تجدید شدنی
آلیاژها و کامپوزیت­های پلی لاکتیک اسید و پرکننده­ها یا پلیمرهای زیست تخریب ناپذیر به گستردگی آلیاژهای پلی لاکتیک اسید- پلیمرهای زیست تخریب پذیر مورد مطالعه و تحقیق قرار نگرفته است که مطمئنا به خاطر افزودن یک جزء زیست تخریب پذیر به آلیاژ پلیمری است. اما در مورد پلی لاکتیک اسید دلیل اصلی این قضیه این است که پلیمرهای زیست تخریب پذیر اضافه شده به PLA نه تنها باعث بهبود خواص ایـن پلیمـر مـی­گردند بلکه هیچ تاثیر مخربی نیز بر روی زیست تخریب پذیری آن ندارند. به عنوان مثال، خانواده پلی (هیدروکسی آلکانوئات) ها (PHAs) دسته بزرگی از پلی استرهای آلیفاتیک می­باشند که شامل بیش از ۱۵۰ نوع منومر مختلف هستند. در این بین پلی (۳- هیدروکسی بوتیرات) (PHB) و کوپلیمرهای آن با ۳- هیدروکسی والِرات (PHBHV) پلیمرهایی از خانواده PHA ها هستند که بیشتر مورد استفاده قرار گرفته­اند [۶۶,۶۵]. البته نکته مهمی که وجود دارد این است که هموپلیمرهای پلی (هیدروکسی بوتیرات) (PHB) به دلیل بلورینگی بسیار بالایی که دارند موادی سخت و شکننده بوده به این دلیل برای بهبود چقرمگی PLA مناسب نیستند. از طرفی دمای ذوب PLA نیز بالاست و نزدیک به دمای تخریب حرارتی PHB است که این امر نیز فرایندپذیری آلیاژ آنها را مشکل می­سازد.
سیستم زیست تخریب پذیر دیگری که به طور گسترده­ای مورد مطالعه قرار گرفته است، آلیاژهای پلی لاکتیک اسید- پلی کاپرولاکتون (PLA/PCL) است. از آنجا که PCL پلیمری رابری با Tg پایین بوده و هم از طریق آنزیمی و هم از طریق آبی قابل تجزیه و تخریب است، بنابراین افزودن آن به PLA باعث بهبود مدول، کرنش در شکست و استحکام کششی آن شده است [۶۷]. البته در برخی موارد گزارش شده که مدول و استحکام کششی کاهش پیدا کرده است و برای افزایـش آنها نیاز به سازگـار کننده ­ای مانـند کـوپلـیمر سـه­قـطعـه­ای PLA-PCL-PLA می­باشد. مثلا گزارش شده که افزودن حدود ۴ درصد وزنی از این سازگار کننده به آلیاژ این دو پلیمر زیست تخریب پذیر منجر به کاهش اندازه ذره فاز پراکنده (PCL) از ۱۰ تا ۱۵ میکرومتر به حدود ۳ تا ۴ میکرومتر و افزایش کرنش شکست از ۲ درصد برای آلیاژ PLA/PCL به حدود ۵۳ درصد برای آلیاژ سه­تایی شده است [۶۸]. همچنین PLA با کیتوسان[۷۹] که یک بیوپلیمر زیست تخریب پذیر، زیست سازگار، قابل خوردن و غیر سمی است به صورت آلیاژ در آمده است و کیتوسان توانسته است تَرشدگی PLA را بهبود بخشد، همچنین این امر باعث افزایش نرخ تخریب PLA نیز شده است [۶۹]. در این راستا تحقیقات دیگر نشان می­دهد کولاژن[۸۰] نیز علیرغم کاهش استحکام کششی و خمشی PLA، نرخ تخریب آن را در محیط آنزیمی افزایش می­دهد [۷۰]. از دیگر آلیاژهای قابل ذکر، آلیاژ پلی لاکتیک اسید با نشاسته (PLA/Starch) است که افزودن نشاسته به PLA باعث افزایش نرخ کریستالیزاسیون آن (حتی در غلظت ۱ درصد) شده است [۷۱]. پلیمرهای زیست تخریب پذیر دیگری نیز جهت بهبود خواص مکانیکی و مخصوصا چقرمگی به پلی لاکتیک اسید اضافه شده ­اند [۷۳,۷۲].
۴- ۲- اصلاح سطح
برهم کنش سطح پلی لاکتیک اسید با مواد دیگر، نقش مهمی در کاربردهای پزشکی و غیرپزشکی این پلیمر ایفا می­ کند. در این راستا سطح پلیمر، آب­دوستی آن، زبری سطح و توپوگرافی آن معمولا نیاز به اصلاح دارند. بر این اساس پلیمرهای طبیعی و سنتزی متعددی برای اصلاح سطح ‌PLA و بهبود خواص به آن افزوده شده ­اند. روش­های اصلاح سطح PLA شامل دو دسته کلی، اصلاح موقت[۸۱] و اصلاح دائمی[۸۲]، می­باشد که در اصلاح موقت پیوندهای غیر کوالانسیِ گروه­های عاملی و در اصلاح دائمی پیوندهای کوالانسی بـر روی سطح پلیمـر ایجـاد مـی­گردد. تحقیقاتی که در زمینه اصلاح سطح PLA صورت گرفته است اکثرا مرتبط با کاربردهای پزشکی (مخصوصا بیوپزشکی) این پلیمر زیست تخریب پذیر است.
روش­های موقت اصلاح سطح شامل پوشش دهی[۸۳] (جذب[۸۴] یا نشست[۸۵] عوامل اصلاح کننده بر روی سطح پلیمر)، گیر انداختن مولکول­های دیگر[۸۶] ، افزودنی­های مهاجرت کننده[۸۷] و اصلاح از نوع پلاسما[۸۸] می­باشد. روش­های دائمی اصلاح سطح نیز شامل ترکیب شیمیایی با بهره گرفتن از مکانیسم شیمی تر[۸۹] و پیوندزدن نوری[۹۰] می­باشد [۷۴].
۵- اسیدهای چرب و استرهای اسیدهای چرب
در علم شیمی، یک اسید چرب[۹۱] (با فرمول کلی CH3-(CH2)n-COOH ) در واقع یک کربوکسیلیک اسید با زنجیر خطی بلند آلیفاتیک است که می ­تواند اشباع یا غیراشباع باشد. تعداد کربن­های زنجیر معمولا بـین ۴ تـا ۲۸ مـی­باشد که معمولا تعداد کربن­ها زوج می­باشد. اسیدهای چرب از هیدرولیز گروه­های استری موجود در چربی­ها یا روغن­های گیاهی یا بیولوژیکی (که هر دو در واقع از دسته گلیسیریدها[۹۲] یا آسیل گلیسیرول­ها[۹۳] هستند) به دست می­آیند و محصول جانبی نیز گلیسیرول است؛ همچنین در صورت واکنش یک اسید چرب با گلیسیرول، یک گلیسیرید به دست می­آید. گلیسیرول دارای سه گروه عاملی هیدروکسیل است که در اثر واکنش استری شدن با یک، دو یا سه اسید چرب به ترتیب تشکیل مونو- ، دی- یا تری گلیسیرید می­دهد.
روغن­های گیاهی مانند روغن تانگ[۹۴]، روغن سویا[۹۵]، روغن کرچک[۹۶]، روغن ذرت[۹۷] و روغن خرما[۹۸] عمدتا شامل تری­گلیسیریدهایی هستند که با شکست زنجیرهای آنها توسط آنزیم­ های طبیعی (لیپازها) به مونو و دی گلیسیریدها و اسیدهای چرب آزاد تبدیل می­شوند.
اسیدهای چرب موجود در روغن تانگ شامل پالمیتیک اسید[۹۹]، اولئیک اسید[۱۰۰]، لینولئیک اسید[۱۰۱] و اُلئواستئاریک اسید[۱۰۲] به ترتیب با نسبت ۵/۵ ، ۰/۴ ، ۵/۸ و ۰/۸۲ درصد است. در مورد روغن سویا، عمده اسیدهای چرب غیراشباع موجود در آن شامل ۷ درصد α-لینولئیک اسید[۱۰۳]، ۵۱ درصد لینولئیک اسید و ۲۳ درصد اولئیک اسید است و اسیدهای چرب اشباع آن نیز شامل حدود ۴ درصد استئاریک اسید[۱۰۴] و ۱۰ درصد پالمیتیک اسید است. روغن کرچک نیز شامل تری گلیسیریدهای است که تقریبا ۹۰ درصد اسیدهای چرب در آنها ریسینولئیک اسید[۱۰۵] بوده و دیگر اجزاء مهم آن نیز اولئیک اسید و لینولئیک اسید است. ساختار شیمیایی تمامی اسیدهای چرب ذکر شده در بالا در جدول ۴ آمده است.
از خواص تری گلیسیریدهای موجود در این روغن­ها این است که قابلیت هیدروژناسیون دارند؛ بدین معنی که باندهای غیراشباع کربن- کربن (C=C) در زنجیرهای آنها در مجاورت کاتالیست­های برپایه نیکل یا پلاتینیوم می­توانند با هیدروژن وارد واکنش شده و تبدیل به باندهای اشباع کربن- کربن (C-C) شوند. همچنین از ویژگی­های اسیدهای چرب، حل شدن آنها در بازها و تشکیل صابون­ها و یا اکسید شدن آنها می­باشد.
یکی دیگر از ویژگی­های این روغن­ها، قابلیت الکلیزه کردن آنها می­باشد. در واقع نشاندن گروه­های هیدروکسیل به جای هر کدام از گروه­های آسیل متصل به گلیسیرید که موسوم به الکلیزه کردن گلیسیرید می­باشد، از قابلیت­های گلیسیریدها می­باشد. در بحث پیشنهاد پروژه بیشتر به این موضوع پرداخته شده است [۷۵].
جدول ۴: ساختار اسیدهای چرب موجود در روغن­های گیاهی [۷۵]

 

دانلود متن کامل پایان نامه در سایت fumi.ir

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نام اسید چرب ساختار شیمیایی
پالمیتیک اسید
اولئیک اسید
لینولئیک اسید
α-لینولئیک اسید
اُلئواستئاریک اسید
استئاریک اسید
ریسینولئیک اسید

 

۶- جمع­بندی تحقیقات انجام شده
بر اساس تمامی تحقیقات صورت گرفته می­توان گفت که تاکنون بسیاری از استراتژی­ های اصلاح توده یا سطح پلی لاکتیک اسید به منظور بهبود یک خاصیت ویژه و خاص این پلیمر بوده است و تاثیر آن بر روی دیگر خواص مهم پلیمر در اکثر موارد نادیده گرفته شده است. از سوی دیگر هر کدام از روش­های اصلاح توده یا اصلاح سطح PLA به صورت جداگانه صورت گرفته­اند.
به عنوان مثال، در بسیاری از تحقیقاتی که اصلاح توده این پلیمر به منظور بهبود خواص مکانیکی آن، و به خصوص چقرمگی، مد نظر بوده است، افزایش نرخ تخریب­پذیری این پلیمر چندان مورد توجه قرار نگرفته است. همچنین در کارهایی که به منظور اصلاح سطح این ماده پلیمری انجام شده و آبدوستی آن افزایش یافته است، علیرغم افزایش نرخ تخریب­پذیری پلی لاکتیک اسید اصلاح توده و بهبود خواص توده آن کمتر مد نظر بوده است. بنابراین باید موازنه­ای بین بهبود خواص توده و سطح پلی لاکتیک اسید برقرار کرد تا بتوان علاوه بر بهبود یک خاصیت مدنظر، خواص دیگر را قربانی نکرد و کارآیی این پلیمر را در زمینه ­های پزشکی و غیر پزشکی افزایش داد. بنابراین در این پروژه بر اساس رویکردهای در نظر گرفته شده، تصمیم بر آن است که سنتز پلی یورتان­های زیست تخریب پذیرِ بر پایه پلی لاکتیک اسید در راستای اصلاح توده پلی لاکتیک اسید مورد توجه و بررسی قرار گیرد. همچنین پس از انتخاب نانوذره مناسب به عنوان یک افزودنی در جهت افزایش (بهبود) خواص مکانیکی پلی یورتان و نیز افزایش نرخ تخریب پذیری آن، تاثیر نانوذرات بر روی خواص مذکور مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.
۷- پیشنهاد پروژه
۷- ۱- ارائه رویکرد مناسب جهت تهیه پلی یورتان زیست تخریب پذیر در راسـتای اصـلاح پـلی­لاکتیک اسید
همان­گونه که در بخش جمع بندی تحقیقات انجام شده ذکر شد، تاکنون اصلاح پلی­لاکتیک اسید در اکثر موارد به منظور بهبود یک خاصیت ویژه از این پلیمر (بهبود چقرمگی یا افزایش آبدوستی و نرخ تخریب پذیری) مد نظر بوده است و کمتر تحقیقی در جهت اصلاح هر دو خاصیت صورت گرفته است. در این پروژه سعی بر این است که با ارائه رویکردی مناسب، در عین بهبود خاصیت چقرمگی پلی لاکتیک اسید، نرخ تخریب پذیری این پلیمر هم افزایش یابد.
رویکرد ارائه شده در این پروژه بر اساس تهیه پلی یورتان­های بر پایه پلی لاکتیک اسید می­باشد. در حقیقت روش اصلاحِ کوپلیمریزاسیون پیش پلیمرهای پلی لاکتیک اسید و تهیه پلی یورتان­های حاصله به منظور بهبود خواص چقرمگی و تخریب­پذیری پلی لاکتیک اسید، رویکردی است که در این پروژه دنبال می­ شود. در بخش اولیه پروژه، سنتز پیش پلیمر پلی لاکتیک اسید هیدروکسیله (PLA-OH) مورد نظر است که این پیش پلیمر هیدروکسیله در واقع یک پلی­اُل برای تهیه پلی یورتان زیست تخریب پذیر می­باشد. ابتدا توسط پلیمریزاسیون تراکمیِ لاکتیک اسید و سپس افزودن یک دی­اُل (معمولا ۱و۴- بوتان دی­اُل) در حضور کاتالیست (معمولا کاتالیست بر پایه قلع)، پلی لاکتیک اسیدی با متوسط وزن مولکولی بین ۱۰۰۰ تا ۴۰۰۰ (g/mol) تهیه می­گردد که در انتهای زنجیرهای آن گروه­های هیدروکسیل (-OH) نشسته است. سپس تاثیر شرایط فرایندی (نظیر زمان، میزان کاتالیست، میزان بوتان دی­اُل، دما و فشار) بر روی جرم مولکولی پیش پلیمر هیدروکسیله بررسی خواهد شد. پس از تهیه پلی لاکتیک اسید هیدروکسیله، اولین پلی­اُل مورد نیاز در تهیه پلی یورتان بلوکی تهیه شده است. در واقع با این کار، سگمنت­های نرم پلی یورتان نهایی با جرم مولکولی­های متفاوت سنتز شده است که چگونگی قرار گرفتن سگمنت­ها و نواحی نرم در کنار یکدیگر و نیز قرار گرفتن نواحی سخت در کنار یکدیگر می ­تواند منجر به خواص مختلفی از پلی یورتان نهایی گردد.
در بخش بعدی پروژه، جهت تهیه دومین نوع پلی­اُل مورد استفاده در تهیه پلی یورتان بلوکی از روغن­­های گیاهی استفاده می­ شود. بدین منظور، توسط واکنش الکلیزه کردنِ تری گلیسیریدهای موجود در روغن­های گیاهی (نظیر روغن تانگ) پلی­اُل دوم تهیه می­گردد. سپس بر اساس روش­های تعیین غلظت گروه­های هیدروکسیل مواد آلی، غلظت گروه­های هیدروکسیل موجود در دو نوع پلی ال محاسبه خواهد شد.
در نهایت نیز از یک دی­ایزوسیانات استفاده کرده تا یک پلی یورتان بلوکی تهیه شود که در این صورت دی ایزوسیانات به عنوان یک بسط دهنده زنجیر عمل می­ کند. غلظت دی ایزوسیانات مورد استفاده نیز بر اساس غلظت محاسبه شده گروه­های هیدروکسیل در پلی ال­ها در نظر گرفته می­ شود.
بنابراین نوعی پلی­یورتان سنتز می­ شود که بر پایه پلی لاکتیک اسید می­باشد؛ در واقع پلی لاکتیک اسید جزء مهم ساختاری این پلی­یورتان است. همچنین از دی­اُل دیگری نیز استفاده شده است که به دلیل اینکه منشا گیاهی داشته و از ترکیبات موجود در روغن­های گیاهی به دست می­آید، مشابه با پلی لاکتیک اسید خاصیت زیست سازگاری دارد. لذا در راستای اصلاح توده پلی لاکتیک اسید، انتظار می­رود رویکرد کوپلیمریزاسیون در پیش گرفته شده در این پروژه باعث اصلاح چقرمگی آن گردد.
پس از ساخت پلی یورتان­های زیست تخریب پذیر، خواص مختلف آنها نظیر خواص فیزیکی، خواص مکانیکی و خواص دینامیکی- مکانیکی بررسی می­گردد تا با توجه به جرم مولکولی­های متفاوت پیش پلیمرهای لاکتیک اسید که منجر به سگمنت­های نرم پلی یورتان با طول متفاوت می­گردد، به نوعی تاثیر جرم مولکولی پیش پلیمرها بر خواص نهایی پلی یورتان های زیست تخریب پذیر بررسی شود.

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *