Polymer processing using supercritical fluids : doctoral dissertation

angleški

doktorska dela

2009

difuzivnost   Disertacije   hidroksiapatit   kompozitni materiali   PC SAFT   PC SAFTu   plinsko penjenje   poli(D,L-laktid-ko-glikolid)   poli(L-laktid)   Polimeri   polimerni biomateriali   poly(D,L-lactide-co-glycolide)u   poly(L-lactide)u   Procesiranje   procesiranje superkritičnih fluidov   Sanchez-Lacombe EOS   Sanchez-Lacombe EOSu   topnost

Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo

Tradicionalne metode za procesiranje polimerov uporabljajo nevarna hlapna organska topila in kloro-floro-ogljikovodike. Zaradi povečanih izpustov nevarnih topil se pojavlja potreba po uporabi čistejših metod za procesiranje polimerov. Eno možnost predstavlja superkritični ogljikov dioksid (scCO2) kot mehčalo pri procesiranju polimerov. Velika uporabnost superkritičnih fluidov se kaže pri procesiranju polimerov za potrebe biomedicinskih pripomočkov (kot so mikrodelci, mikrokapsule, pene, membrane, kompoziti). Prednosti metode so predvsem v odsotnosti nevarnih organskih topil, učinkoviti ekstrakciji topil in nečistoč, procesnih pogojih, nižji temperaturi, nadzorovanemu oblikovanju delcev in pen z enostavnim reguliranjem tlaka in temperature. Navkljub velikemu potencialu scCO2 kot "zelenemu" topilu za procesiranje biokompatibilnih in biorazgradljivih polimerov, je podaktov o faznih ravnotežjih, ki so potrebni za načrtovanje postopka, dokaj malo. Nadaljnje raziskave so potrebne za optimiranje procesnih tehnik in parametrov (tlak, temperatura). Podatkov o uporabi scCO2 za procesiranje kompozitov polimer/keramika za biomedicinske aplikacije je še posebej malo na razpologo. Cilj te disertacije je uporaba scCO2 kot "zelenega" topila za procesiranje biorazgradljivih polimerov in kompozitov, ki se uporabljajo kot biomateriali. V raziskavah smo uporabili dva biorazgradljiva polimera, poli(L-laktid) (PLLA)in poli(D,L-laktid-ko-glikolid) (PLGA). Raziskali smo tudi kompozite polimerov z bioaktivnim keramičnim prahom, hidroksiapatitom (HA). Glavni cilj raziskav je bil pridobiti porozen polimer ali kompozit, primeren za tkivni inženiring, pri nizki temperaturi in brez uporabe dodatnih organskih topil. Študirali in razložili smo obnašanje obeh polimerov v zmesi s CO2. Z določitvijo topnosti in difuzijskega koeficienta CO2 v polimerih pri določeni temperaturi in tlaku, smo pridobili več podatkov o faznem ravnotežju polimer-plin, ki so pomembni za razumevanje vpliva in optimiranje procesnih parametrov. Topnost CO2 v polimerih smo izmerili pri treh različnih temperaturah (308, 313 in 323 K) in v območju tlaka 10 - 30 MPa. Izbrane temperature so bile višje od kritične temperature za CO2, vendar še vedno dovolj nizke, da ne bi vplivale na bioaktivnost spojin ali proteinov dodanih v sistem med procesiranjem. Pri testiranju poimerov in kompozitnih materialov smo uporabili enako temperaturno in tlačno območje. Raziskali smo učinkovitost mešanja v prisotnosti scCO2 za pridobivanje kompozitnega materiala iz PLLA in HA ter PLGA in HA in postopek primerjali s postopkom koprecipitacijie. Nadalje smo določili topnost in difuzijski koeficient CO2 v kompozitnih materialih ter jih primerjali z rezultati pridobljenimi za čiste polimere. Tako smo lahko določili vpliv keramičnega polnila na absorpcijo plina. Ocenili smo možnosti pridobivanja poroznih struktur z uporabo visokotlačne tehnike s CO2 kot vpihovalnim medijem brez oziroma z dodanim porogenom. Raziskali smo vpliv tlaka, temperature, ekspanzijske hitrosti in prisotnost porogena na končno porozno strukturo. Eksperimentalne rezultate smoprimerjali s podatki iz literature in z rezultati dobljenimi z matematičnim modeliranjem. Rezultati kažejo, da postopek plinskega penjenja biorazgradljivih polimerov predstavlja obetavno tehniko pridobivanja opornih tkiv z željeno strukturo. V prihodnjih raziskovah bodo potrebne nadaljnje študije in optimiranje procesnih parametrov glede na naravo substrata in željen končni produkt.

07.08.2023