Μελέτη μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης σε βιοδιασπώμενους πολυεστέρες

Καραταράκη, Γεωργία; Karataraki, Georgia

dc.contributor.author	Καραταράκη, Γεωργία	el
dc.contributor.author	Karataraki, Georgia	en
dc.date.accessioned	2018-06-05T10:48:41Z
dc.date.available	2018-06-05T10:48:41Z
dc.date.issued	2018-06-05
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47018
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15402
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(γαλακτικό οξύ)	el
dc.subject	Poly(lactic acid)	en
dc.subject	Μεταπολυμερισμός στερεάς κατάστασης	el
dc.subject	Νανοσωματίδια	el
dc.subject	Άμορφο	el
dc.subject	Ημικρυσταλλικό	el
dc.subject	Solid state post-polymerization	en
dc.subject	Nanoparticles	en
dc.subject	Amorphous	en
dc.subject	Semicrystalline	en
dc.title	Μελέτη μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης σε βιοδιασπώμενους πολυεστέρες	el
dc.title	Solid state post-polymerization study on biodegradable polyesters	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πολυμερή	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/f96eaecad7005b860741ecc59d4835f7428015fd
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-02-23
heal.abstract	Τα πολυμερή και πιο συγκεκριμένα τα πλαστικά, είναι συνήθως συνθετικά υλικά, πετροχημικής προέλευσης, τα οποία δε δύναται να αποικοδομηθούν. Το αποτέλεσμα είναι η συσσώρευσή τους στο περιβάλλον, συμβάλλοντας σημαντικά στη γενικότερη ρύπανση και διατάραξη των οικοσυστημάτων. Ως εκ τούτου, τα τελευταία χρόνια, η επιστήμη και η βιομηχανία έχει στραφεί σε βιοδιασπώμενα πολυμερή, τα οποία αποτελούν μια βιώσιμη εναλλακτική, παρέχοντας τη δυνατότητα περιορισμού συσσώρευσης των πλαστικών αποβλήτων. Από τους κυριότερους εκπροσώπους των βιοδιασπώμενων πολυμερών και μάλιστα των πολυεστέρων, είναι το πολυ(γαλακτικό οξύ) ή αλλιώς PLA [Poly(lactic acid)]. Το PLA αποικοδομείται ταχύτατα στο περιβάλλον, δίχως να αποδίδει τοξικά προϊόντα, ενώ σε τελικό στάδιο διασπάται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Ένα επιπλέον θετικό γνώρισμα του πολυ(γαλακτικού οξέος) είναι ότι μπορεί να παραχθεί μέσω ζύμωσης, από 100% ανανεώσιμες πρώτες ύλες, όπως αμυλούχες ενώσεις και σάκχαρα. Επιπροσθέτως, το PLA μετατρέπεται εύκολα από άμορφο σε ημικρυσταλλικό, μέσω τροποποίησης της στερεοχημικής του δομής και της αναλογίας των L- και D- ισομερών του. Από τα κύρια μειονεκτήματα των βιοδιασπώμενων πολυεστέρων και συνεπώς και του πολυ(γαλακτικού οξέος) είναι το υψηλό κόστος παραγωγής τους, αλλά και οι υποδεέστερες ιδιότητες που μερικοί εμφανίζουν, εξαιτίας του χαμηλού μέσου μοριακού τους βάρους ή της στερεοχημικής τους δομής. Το PLA καλύπτει ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών, με τον τομέα της ιατρικής να είναι ένας από τους πιο δημοφιλής. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη μεταφορά φαρμάκων στον ανθρώπινο οργανισμό, ως πολυμερικός φορέας για τον εγκλεισμό δραστικών ενώσεων. Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης (post-SSP) του πολυ(γαλακτικού οξέος), με απώτερο σκοπό τη βελτίωση των φυσικών του ιδιοτήτων. Επίσης, μελετάται η δημιουργία κενών νανοσωματιδίων πολυ(γαλακτικού οξέος), τα οποία δύναται να μελετηθούν κι αυτά ως προς τον μεταπολυμερισμό στερεάς κατάστασης και να διερευνηθεί η δυνατότητα εφαρμογής της διεργασίας σε προπολυμερή αυτής της μορφολογίας. Η πειραματική διαδικασία μοιράζεται σε τρία στάδια, την επεξεργασία των πρώτων υλών, τη μελέτη μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης των επεξεργασμένων πρώτων υλών και τη μελέτη δημιουργίας κενών νανοσωματιδίων πολυ(γαλακτικού οξέος). Ως πρώτες ύλες χρησιμοποιούνται το άμορφο PLA Ingeo 6302D της εταιρίας Nature Works και το ημικρυσταλλικό PLA Purapol L130 της εταιρίας Corbion. Οι δύο ποιότητες πολυμερών υπόκεινται σε υδρολυτική διάσπαση και ύστερα κονιορτοποίηση, ώστε να ληφθούν σε μορφή πούδρας, χαμηλού μέσου μοριακού βάρους. Στη συνέχεια, οι υδρολυμένες πούδρες αποτελούν τα προπολυμερή για τη μελέτη του μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης (SSP). Η θερμοκρασία επεξεργασίας επιλέγεται ανάμεσα του σημείου υαλώδους μετάπτωσης και του σημείου τήξης για να παραμείνουν τα πολυμερή σε στερεά κατάσταση. Επιπλέον, πραγματοποιείται κρυστάλλωση-ανόπτηση των προπολυμερών προτού υποστούν SSP, μέσω θερμικού προγραμματισμού. Πιο συγκεκριμένα το άμορφο PLA θερμαίνεται στους 93οC για 8 h και στη συνέχεια υπόκειται σε SSP στους 110οC. Το ημικρυσταλλικό PLA θερμαίνεται αρχικά στους 130οC και ύστερα στους 140οC. Τα αποτελέσματα των SSP έδειξαν ότι το άμορφο PLA δεν μεταπολυμερίζεται, παρόλα αυτά αυξάνεται κατά το ελάχιστο το σημείο τήξεως και το ποσοστό κρυσταλλικότητάς του. Από την άλλη, το ημικρυσταλλικό PLA δεν παρουσίασε κάποια βελτίωση στις θερμικές του ιδιότητες στους 130οC, ενώ στη θερμοκρασία των 140οC εμφάνισε μικρή αύξηση του σημείου τήξεως και της κρυσταλλικότητάς του. Για τη μελέτη δημιουργίας νανοσωματιδίων πολυ(γαλακτικού οξέος) χρησιμοποιήθηκαν οι δύο ποιότητες πολυμερούς, υπό μορφή κόκκων και υδρολυμένης πούδρας για το Ingeo και υπό μορφή υδρολυμένης πούδρας για το Purapol. Η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία είναι η τεχνική γαλακτωματοποίησης-εξάτμισης διαλύτη. Κατά τη διάρκεια της μελέτης έλαβαν χώρα διάφορες δοκιμές, αναφορικά με τις παραμέτρους της τεχνικής, αλλά καμία τελικά δεν απέδωσε το επιθυμητό αποτέλεσμα. Οι απεικονίσεις SEM για τα σωματίδια κατέδειξαν ότι τα πολυμερή καταβυθίστηκαν κατά τη διάρκεια δημιουργίας του γαλακτώματος και έτσι το εγχείρημα αυτό απέτυχε.	el
heal.abstract	Polymers and especially plastics are usually derived by petrochemical sources, so that they cannot be degraded. As a result, there is big accumulation of plastics in the environment and the general pollution is burdensome. Thus, the past decades, science and industry have faced their attention in biodegradable polymers as an alternative of plastics, in order to lower down the waste. One of the main representatives of biodegradable polymers in the category of polyesters is poly(lactic acid) (PLA). PLA degrades rapidly in the environment, without yielding toxic products, and ultimately decomposes into carbon dioxide and water. An additional positive feature of poly(lactic acid) is that it can be produced by fermentation from 100% renewable raw materials such as starchy compounds and sugars. In addition, PLA is easily converted from amorphous to semicrystalline, by modifying its stereo-chemical structure and its L- and D- isomer ratio. The main drawbacks of biodegradable polyesters and therefore of poly(lactic acid) are their high cost of production as well as the inferior properties that some exhibit due to their low average molecular weight or their stereochemical structure. PLA covers a wide range of applications, with the medical sector being one of the most popular. It is used with great success in drug delivery, as a polymeric carrier for the encapsulation of active compounds. The aim of this diploma thesis is to study the post-SSP of poly(lactic acid) in order to improve its physical properties. The formation of blank nanoparticles, which could be further examined for post-SSP is also a part of this study. The experimental process is divided into three stages, the processing of raw materials, the solid state post-polymerization study of the processed raw materials and the study of the creation of blank poly(lactic acid) nanoparticles. The raw materials are the amorphous PLA Ingeo 6302D, by Nature Works and the semicrystalline PLA Purapol L130, by Corbion. The two different grades of polymers are subjected to hydrolysis and then pulverization to obtain them in lower molecular weight and in powder form. Then, hydrolyzed powders are considered the prepolymers for the study of solid state polymerization (SSP). The processing temperature is chosen between the glass transition point and the melting point of each polymer, to keep them in the solid state. In addition, the prepolymers are subjected to crystallization-annealing, via thermal programming. Specifically, amorphous PLA is heated at 93oC for 8 h and then subjected to SSP at 110oC. Semicrystalline PLA is initially heated at 130oC and then at 140oC. The results of SSP showed that amorphous PLA cannot be postpolymerized, however its melting point and its crystallinity rate were slightly increased. On the other hand, the semicrystalline PLA did not show any increase of its melting point or crystallinity at 130oC, while at 140oC those parameters were slightly increased. 8 In order to study the formation of blank poly(lactic acid) nanoparticles, the two grades of polymer were used, in the form of granules and hydrolyzed powder in the case of amorphous PLA and in the form of hydrolyzed powder in the case of semicrystalline PLA. Emulsification-solvent evaporation was the technique used in this thesis to create the nanoparticles. Several tests were conducted during this study, by altering some of the operational parameters, but none of them yielded eventually the desired result. SEM characterization also took place and the results demonstrated that the polymers were precipitated during the emulsion phase, thus there were no nanoparticles created after all	en
heal.advisorName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Παπασπυρίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Βασιλείου, Παναγιώτα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	128 σ.
heal.fullTextAvailability	true