Αναβάθμιση ιδιοτήτων πολυμερικών μικροσωματιδίων μέσω μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης

Καψάλη, Παναγιώτα-Ευθυμία; Kapsali, Panagiota-Efthymia

dc.contributor.author	Καψάλη, Παναγιώτα-Ευθυμία	el
dc.contributor.author	Kapsali, Panagiota-Efthymia	en
dc.date.accessioned	2020-10-12T06:59:08Z
dc.date.available	2020-10-12T06:59:08Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51372
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19070
dc.rights	Default License
dc.subject	Πολυμερισμός στερεάς κατάστασης	el
dc.subject	Πολυγαλακτικό οξύ	el
dc.subject	Μικροκάψουλες	el
dc.subject	Εγκλεισμός	el
dc.subject	Διπλό γαλάκτωμα	el
dc.subject	Solid state polymerization	en
dc.subject	Poly(lactic acid)	en
dc.subject	Microcapsules	en
dc.subject	Encapsulation	en
dc.subject	Double emulsion	en
dc.title	Αναβάθμιση ιδιοτήτων πολυμερικών μικροσωματιδίων μέσω μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πολυμερή	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-07-17
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια ένας από τους πιο σημαντικούς βιοαποικοδομήσιμους πολυεστέρες, το πολυ(γαλακτικό οξύ) - (PLA), του οποίου η δομική μονάδα προέρχεται από τη ζύμωση φυσικών πρώτων υλών, όπως το άμυλο του καλαμποκιού, η ζάχαρη και η κυτταρίνη, έχει τραβήξει την προσοχή, χάρη στις εξαιρετικές ιδιότητες που εμφανίζει και οι οποίες δίνουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί σε διάφορα πεδία εφαρμογών. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η αναβάθμιση των ιδιοτήτων πολυμερικών μικροκαψουλών πολυ(γαλακτικού οξέος) - (PLA) μέσω της διεργασίας μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης (post-SSP). Συγκεκριμένα, εξετάζεται η μορφολογία, η διατήρησης της στερεάς κατάστασης, το μέγεθος, το μοριακό βάρος, καθώς και οι θερμικές ιδιότητες των μικροκαψουλών. Για το σκοπό αυτό, παρασκευάζονται πολυμερικές μικροκάψουλες PLA, με αρχικό μοριακό βάρος 20000 g mol-1, με τη μέθοδο διπλού γαλακτώματος-εξάτμιση διαλύτη. Στη συνέχεια μελετάται η επίδραση του SSP στις παραγόμενες μικροκάψουλες ως προς τις προαναφερθείσες ιδιότητες. Ακόμη, ακολουθεί η επιλογή των βέλτιστων συνθηκών SSP και τελικά εξετάζεται η δυνατότητα εγκλεισμού ενώσεων στις μικροκάψουλες. Συνεπώς, στη παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται μια εισαγωγή στο πολυ(γαλακτικό οξύ), τις ιδιότητες, τις εφαρμογές και τις προσδοκίες που δημιουργούνται για μελλοντικές χρήσεις λόγω των εν γένει χαρακτηριστικών του. Ακολουθεί η μελέτη της τεχνικής διπλού γαλακτώματος-εξάτμισης διαλύτη ως μέθοδος παραγωγής μικροκαψουλων αλλά και εγκλεισμού ενώσεων σε αυτές και ερευνάται η δυνατότητα του PLA να δράσει ως πολυμερικός φορέας. Τέλος, πραγματοποιείται η περιγραφή του μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης (post-SSP) με τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα που παρουσιάζει, καθώς και τις παραμέτρους που καθορίζουν τη διεργασία. Η πειραματική διαδικασία χωρίζεται σε τρία στάδια. Το πρώτο στάδιο περιλαμβάνει την παραγωγή πολυμερικών μικροκαψουλών PLA και τον χαρακτηρισμό τους ως προς τη μορφολογία, το μέγεθος, το μοριακό βάρος και τις θερμικές τους ιδιότητες. Το δεύτερο μέρος περιλαμβάνει τον μεταπολυμερισμό στερεάς κατάστασης των μικροκαψουλών, καθώς και τον χαρακτηρισμό αυτών, ώστε να προσδιοριστεί η μεταβολή των ιδιοτήτων τους που οφείλεται στη διεργασία SSP. Στο τελευταίο μέρος, πραγματοποιείται προσπάθεια εγκλεισμού δραστικής ουσίας στις μικροκάψουλες ώστε να μελετηθεί αν μπορούν να δράσουν ως πολυμερικοί φορείς αποδέσμευσης ουσιών. Ως προς την πειραματική διαδικασία, ως πρώτη ύλη χρησιμοποιείται εμπορικό πολυ(γαλακτικό οξύ) (PLA) με ονομασία Ingeo 3001D της εταιρίας Nature Works, USA. Πρόκειται για διαφανές πολυμερικό υλικό, με υψηλό ποσοστό σε L-εναντιομερές. Λόγω του υψηλού του μοριακού του βάρος υπόκειται σε υδρολυτική αποικοδόμηση με στόχο τη μείωση του μοριακού βάρους και την παραλαβή προπολυμερών ικανών να μεταπολυμεριστούν. Έτσι, ύστερα από υδρολύση σε όξινο περιβάλλον και μετά από ψυχρή θραύση, λαμβάνεται PLA σε μορφή πούδρας με μοριακό βάρος 20000 g mol-1. Ακολουθεί η παραγωγή των πολυμερικών μικροκαψουλών με την τεχνική διπλού γαλακτώματος-εξάτμισης διαλύτη. Στη συνέχεια οι παραγόμενες μικροκάψουλες PLA αποτελούν τα προπολυμερή του SSP. Για τον σκοπό αυτό, επιλέγονται τέσσερις διαφορετικές θερμοκρασίες (120,125,130,135oC) που βρίσκονται μεταξύ της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης (Τg) και της θερμοκρασίας τήξης (Τm) του πολυμερούς και χρόνος 16h σε συνεχή ροή αδρανούς αερίου (N2, 500 mL/min). Η διαδικασία του SSP επιφέρει αύξηση στο μοριακό βάρος, το ποσοστό κρυσταλλικότητας, και της θερμοκρασίας έναρξης αποικοδόμησης των μικροκαψουλών (Td 5%). Αντιθέτως, η θερμοκρασία αποικοδόμησης (Td) παραμένει αμετάβλητη. Επιπλέον, παρατηρείται το φαινόμενο της συσσωμάτωσης (επίτηξης) στις θερμοκρασίες 125 και 135οC. Έτσι, ως βέλτιστη θερμοκρασία, επιλέγονται οι 130οC, καθώς στη συγκεκριμένη περίπτωση προκύπτει αύξηση του μοριακού βάρους των μικροκαψουλών σε ποσοστό 44%, χωρίς να παρατηρείται συσσωμάτωση. Ωστόσο, για να λυθεί το πρόβλημα της συσσωμάτωσης, επιχειρείται στάδιο προκρυστάλλωσης πριν τη διαδικασία SSP. Για το σκοπό αυτό, ελέγχονται οι θερμοκρασίες 110 και 100ο C σε χρόνους 1-6 h. H θερμοκρασία των 110οC αποτελεί τη μέγιστη θερμοκρασία κρυστάλλωσης (Τcmax) του πολυμερούς, οπότε η κρυστάλλωση λαμβάνει χώρα πολύ γρήγορα. Από την άλλη σε θερμοκρασία 100οC λαμβάνονται ικανοποιητικότερα αποτελέσματα με το ποσοστό κρυσταλλικότητας να είναι 68%, δηλαδή το ίδιο με αυτό της περίπτωσης του SSP στους 130οC. Συνεπώς, επιλέγεται η θερμοκρασία 100οC και ο χρόνος 1h, καθώς ευνοεί σε περίπτωση βιομηχανικής κλίμακας, ως βέλτιστες συνθήκες προκρυστάλλωσης. Σύμφωνα με αυτές τις συνθήκες εκτελείται πείραμα SSP με βήμα προκρυστάλλωσης που οδηγεί σε αύξηση του μοριακού βάρους σε ποσοστό 45%, χωρίς να παρατηρούνται συσσωματώματα. Στο τελευταίο κομμάτι της παρούσας εργασίας, εξετάζεται η δυνατότητα των μικροκαψουλών να δράσουν ως πολυμερικοί φορείς, για αυτό πραγματοποιείται προσπάθεια εγκλεισμού δραστικών ενώσεων σε μικροκάψουλες PLA με τη μέθοδο διπλού γαλακτώματος-εξάτμισης διαλύτη. Σκοπός είναι, σε μεταγενέστερη έρευνα, να μελετηθεί πως επιδρά η μετατροπή του κελύφους των μικροκαψουλών, που προκαλείται από τη διεργασία SSP, στο προφίλ αποδέσμευσης της εκάστοτε εγκλεισμένης ουσίας. Οι ουσίες που επιλέγονται είναι η ναρινγίνη -μια αντιοξειδωτική ουσία- και κόκκινη χρωστική τροφίμων. Από αυτές τις δύο ουσίες, μόνο η χρωστική κατάφερε να εγκλειστεί με χαμηλό, βέβαια, ποσοστό αποτελεσματικότητας της τάξεως 11%. Κλείνοντας, παρουσιάζονται ορισμένες προτάσεις για την περαιτέρω διερεύνηση του μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης και τη δυνατότητα εγκλεισμού ενώσεων σε πολυμερικές μικροκάψουλες PLA.	el
heal.advisorName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Τσιβιλής, Σωτήρης	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	101 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false