Μελέτη ενζυμικού πολυμερισμού και  μεταπολυμερισμού μάζας με στόχο την παραγωγή  πολυ(ηλεκτρικού βουτυλεστέρα)

Ρηγοπούλου, Μαρία; Rigopoulou, Maria

dc.contributor.author	Ρηγοπούλου, Μαρία	el
dc.contributor.author	Rigopoulou, Maria	en
dc.date.accessioned	2018-02-09T10:40:31Z
dc.date.available	2018-02-09T10:40:31Z
dc.date.issued	2018-02-09
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46429
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15074
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Πολυ(ηλεκτρικός βουτυλεστέρας)	el
dc.subject	Ενζυμικός πολυμερισμός	el
dc.subject	Μεταπολυμερισμός μάζας,	el
dc.subject	Λιπάση B Candida antarctica Ν435	el
dc.subject	Κουτινάση FoCut5a	el
dc.subject	Poly(butylene succinate) - PBS	en
dc.subject	Enzymatic prepolymerization	en
dc.subject	Bulk post-polymerization	en
dc.subject	Lipase B Candida antarctica Ν435	en
dc.subject	Cutinase FoCut5a	en
dc.title	Μελέτη ενζυμικού πολυμερισμού και μεταπολυμερισμού μάζας με στόχο την παραγωγή πολυ(ηλεκτρικού βουτυλεστέρα)	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επιστήμη και τεχνολογία πολυμερών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-10-03
heal.abstract	The main objective of this diploma thesis is to study an alternative process for the production of poly(butylene succinate) (PBS) which is divided in two stages. The first stage involves the enzymatic prepolymerization of 1,4-butanediol and diethyl succinate, two monomers which may be derived from renewable raw materials. The second step concerns the bulk post-polymerization of the products of enzyme prepolymerization in order to improve the properties of the final biodegradable polymer. The enzymes that are tested for their catalytic activity are a commercially available immobilized lipase B of Candida antarctica (CALB, Novozym 435, N435) and the cross-linked cutinase aggregates (CLEAS) of Fusarium oxysporum (FoCut5a), which was prepared in the framework of this study at the Laboratory of Biotechnology, NTUA. Regarding the enzyme prepolymerization step, the suitability of two different solvents, as well as the bulk polymerization system are examined. Furthermore, the effect of temperature on the performance of the reactions and the properties of the products are studied. As far as the post-polymerization process is concerned, two thermally distinct stages are applied and the appropriate time of each stage is investigated. One of the sizes calculated to evaluate the reactions is the mass yield of the process. The reaction products of both enzymatic prepolymerization and post-polymerization are analyzed by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Thermogravimetric Analysis (TGA) to identify their thermal properties. Magnetic Nuclear Resonance (NMR) spectroscopy was also used to identify the products and calculate the number average molecular weight. Finally, solution viscometry was used to determine the weight-average molecular weight of the post-polymerization products. The purpose of this thesis is to develop an alternative process for the prepolymerization and post-polymerization of the aliphatic polyester PBS by biocatalyzing and mild-temperature conditions. Tests were performed on a small laboratory scale (about 150 mg of product) by simple methods and relatively volatile solvents to identify the appropriate conditions. Thus, it is finally managed to present an integrated method of producing pure low molecular weight PBS (Mw ≈ 5000 g/mol), a biodegradable polymer which can be produced from renewable raw materials and with potential biomedical applications. The use of N435 led to production of PBS of low molecular weight (Mn ≈ 1500 − 3900 g/mol) with yields and thermal properties not significantly dependent on the reaction temperature or the solvent used. The use of cutinase led to the formation of PBS dimers and trimers, regardless of the activity of the enzyme. Finally, the two-step bulk post-polymerization of an enzymatically produced prepolymer managed to increase its weight-average molecular weight by about 60 % (from Mw = 1967 g/mol to Mw = 4530 g/mol) and to improve its thermal properties.	en
heal.abstract	Μέσω της παρούσας διπλωματικής εργασίας μελετάται μια εναλλακτική διεργασία παραγωγής πολυ(ηλεκτρικού βουτυλεστέρα) (PBS), η οποία χωρίζεται σε δύο μέρη. Το πρώτο μέρος περιλαμβάνει τον ενζυμικό προπολυμερισμό της 1,4-βουτανοδιόλης και του ηλεκτρικού διαιθυλεστέρα, δύο μονομερών που μπορεί να προέρχονται από ανανεώσιμες πρώτες ύλες. Το δεύτερο μέρος αφορά το μεταπολυμερισμού μάζας των προϊόντων του ενζυμικού προπολυμερισμού με στόχο τη βελτίωση των ιδιοτήτων του τελικού βιοδιασπώμενου πολυμερούς. Τα ένζυμα, τα οποία εξετάζονται ως προς την καταλυτική τους ικανότητα είναι η εμπορική ακινητοποιημένη λιπάση B του μύκητα Candida antarctica (CALB, Novozym 435, N435) και η κουτινάση του μύκητα Fusarium oxysporum (FoCut5a), η οποία παρασκευάσθηκε στα πλαίσια της εργασίας στο Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας ΕΜΠ. Στο επίπεδο του ενζυμικού προπολυμερισμού εξετάζεται η καταλληλότητα δύο διαφορετικών διαλυτών, καθώς και η αντίδραση χωρίς διαλύτη, με τεχνική μάζας. Ακόμη, μελετάται η επίδραση της θερμοκρασίας στην απόδοση των αντιδράσεων και τις ιδιότητες των προίόντων. Στα πλαίσια της μελέτης της διεργασίας μεταπολυμερισμού, εφαρμόζονται δύο διακριτά στάδια και ερευνάται ο κατάλληλος χρόνος διεξαγωγής του κάθε σταδίου. Ένα από τα μεγέθη που υπολογίζονται για την αξιολόγηση των αντιδράσεων είναι η σταθμική απόδοση των διεργασιών. Τα προϊόντα των αντιδράσεων τόσο του ενζυμικού προπολυμερισμού όσο και του μεταπολυμερισμού αναλύονται με τις μεθόδους Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης (DSC) και Θερμοβαρυμετρικής Ανάλυσης (TGA), προκειμένου να εντοπιστούν οι θερμικές τους ιδιότητες. Ακόμη, χρησιμοποιήθηκε η φασματοσκοπία Μαγνητικού Πυρηνικού Συντονισμού (NMR) για την ταυτοποίηση των προϊόντων και τον υπολογισμό του μέσου-αριθμού μοριακού βάρους. Τέλος, χρησιμοποιήθηκε ιξωδομετρία διαλύματος για τον προσδιορισμό του μέσουβάρους μορικού βάρους των προϊόντων του μεταπολυμερισμού. Σκοπός της εργασίας είναι η ανάπτυξη εναλλακτικής διεργασίας προπολυμερισμού και μεταπολυμερισμού του αλειφατικού πολυεστέρα PBS μέσω βιοκατάλυσης και τεχνολογιών ήπιων συνθηκών ως προς την θερμοκρασία αντίδρασης. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε μικρή εργαστηριακή κλίμακα (περίπου 150 mg προϊόντος) με απλές μεθόδους και σχετικά πτητικούς διαλύτες, ώστε να εντοπιστούν οι κατάλληλες συνθήκες. Έτσι, κατάφερε, τελικά να παρουσιαστεί μια ολοκληρωμένη μέθοδος παραγωγής καθαρού PBS χαμηλού μοριακού βάρους (Mw ≈ 5000 g/mol), το οποίο είναι βιοδιασπώμενο, μπορεί να παραχθεί από ανανεώσιμες πρώτες ύλες, είναι βιοδιασπώμενο και δυνητικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε βιοϊατρικές εφαρμογές. Η χρήση του N435 απέδωσε PBS χαμηλού μοριακού βάρους (Mn ≈ 1500 − 3900 g/mol) με αποδόσεις και θερμικές ιδιότητες, που δεν εξαρτώνται σημαντικά από τη θερμοκρασία της αντίδρασης ή το χρησιμοποιούμενο διαλύτη. Η χρήση κουτινάσης οδήγησε στο σχηματισμό διμερών και τριμερών του PBS, ανεξάρτητα από την ενεργότητα του ενζύμου. Τέλος, ο μεταπολυμερισμός μάζας δύο σταδίων ενός προπολυμερούς του ενζυμικού πολυμερισμού κατάφερε να αυξήσει περίπου κατά 60 % το μέσου-βάρους μοριακό του βάρος (από Mw = 1967 g/mol σε Mw = 4530 g/mol) και να βελτιώσει τις θερμικές του ιδιότητες.	el
heal.advisorName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	115 σ.
heal.fullTextAvailability	true