Создание материалов на основе полимолочной кислоты и сульфата меди (II), импрегнированного методом крейзинга

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Распространенным подходом к созданию антимикробных полимерных материалов является распределение бактерицидной добавки в объеме материала путем смешения в растворе или расплаве полимера. В работе предложен способ введения сульфата меди (II), обладающего противомикробными свойствами, в пленку из полимолочной кислоты путем силовой импрегнации раствора соли по механизму крейзинга. Установлено, что CuSO4 равномерно распределяется в объеме полимера в виде частиц размером порядка 100 нм. В процессе структурной модификации поверхность полимерной пленки становится более шероховатой и более гидрофобной. Краевой угол смачивания водой увеличивается с 40° до 60–65°. Введение CuSO4 не влияет на поверхностные свойства, но оказывает армирующий эффект на полимерную матрицу при испытаниях на растяжение (увеличение прочности при разрыве в 2.5 раза, относительного удлинения при разрыве в 1.4 раза).

Full Text

Restricted Access

About the authors

С. Д. Бровина

ФГБОУ ВО “Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова”

Author for correspondence.
Email: son-bro@mail.ru

Научная лаборатория “Перспективные композиционные материалы и технологии”

Russian Federation, 115054, Москва, Стремянный пер., д. 36

Е. Е. Масталыгина

ФГБОУ ВО “Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова”; ФГБУН “Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля” РАН

Email: son-bro@mail.ru

Научная лаборатория “Перспективные композиционные материалы и технологии”, лаборатория физико-химии композиций синтетических и природных полимеров

Russian Federation, 115054, Москва, Стремянный пер., д. 36; 119334, Москва, ул. Косыгина, д. 4

Е. С. Трофимчук

ФГБОУ ВО “Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова”

Email: son-bro@mail.ru

Научная лаборатория “Перспективные композиционные материалы и технологии”

Russian Federation, 115054, Москва, Стремянный пер., д. 36

А. А. Попов

ФГБОУ ВО “Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова”; ФГБУН “Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля” РАН

Email: son-bro@mail.ru

Научная лаборатория “Перспективные композиционные материалы и технологии”, лаборатория физико-химии композиций синтетических и природных полимеров

Russian Federation, 115054, Москва, Стремянный пер., д. 36; 119334, Москва, ул. Косыгина, д. 4

References

  1. Pekhtasheva E.L., Neverov A.N., Zaikov G.E. Biodamage and Biodegradation of Polymeric Materials: New Frontiers. Smithers Rapra Technology, 2012.
  2. Cappitelli F., Sorlini C. Microorganisms attack synthetic polymers in items representing our cultural heritage // Applied and Environmental Microbiology. 2008. V. 74. № 3. P. 564–569. https://doi.org/10.1128/AEM.01768-07
  3. Plakunov V.K., Gannesen A.V., Mart’yanov S.V., Zhurina M.V. Biocorrosion of synthetic plastics: Degradation mechanisms and methods of protection // Microbiology. 2020. V. 89. № 6. С. 647–659. https://doi.org/10.1134/S0026261720060144
  4. Venkatesan R., Santhamoorthy M., Alagumalai K., Haldhar R., Raorane CJ., Raj V., Kim S-C. Novel approach in biodegradation of synthetic thermoplastic polymers: An overview // Polymers. 2022. V. 14. № 20. P. 4271. https://doi.org/10.3390/polym14204271
  5. Jones A. Choosing antimicrobial additives for plastics // Plastics, Additives and Compounding. 2009. V. 11. № 4. P. 26–28. https://doi.org/10.1016/S1464-391X(09)70109-6
  6. Ghazzy A., Naik R.R., Shakya A.K. Metal–polymer nanocomposites: A promising approach to antibacterial materials // Polymers. 2023. V. 15. № 9. P. 2167. https://doi.org/10.3390/polym15092167
  7. Масталыгина Е.Е., Колесникова Л.А., Бровина С.Д. Антимикробные добавки для создания функциональных полимерных материалов для различных сфер применения // Безопасность труда в промышленности. 2023. № 8. С. 7–14.
  8. Ippili S., Jung, J.-S., Thomas A.M., Vuong V.-H., Lee J.-M., Sha M.S., Sadasivuni K.K., Jella V., Yoon S.-G. An overview of polymer composite films for antibacterial display coatings and sensor applications // Polymers. 2023. V. 15. № 18. P. 3791. https://doi.org/10.3390/polym15183791
  9. Gadi B., Jeffrey G. Copper as a biocidal tool // Current Medicinal Chemistry. 2005. V. 12. № 18. P. 2163–2175. https://doi.org/10.2174/0929867054637617
  10. Russell S.M. The effect of an acidic, copper sulfate-based commercial sanitizer on indicator, pathogenic, and spoilage bacteria associated with broiler chicken carcasses when applied at various intervention points during poultry processing // Poultry Science. 2008. V. 87. № 7. P. 1435–1440. https://doi.org/10.3382/ps.2007-00339
  11. Grass G., Rensing C., Solioz M. Metallic copper as an antimicrobial surface // Appl. Environ. Microbiol. 2011. V. 77. № 5. P. 1541–1547. https://doi.org/10.1128/AEM.02766-10
  12. Konieczny J., Rdzawski Z. Antibacterial properties of copper and its alloys // Archives of Materials Science and Engineering. 2012. V. 56. № 2. P. 53–60.
  13. Pulutan M.L.D., Garcia M.C., Herrera M.U. Antimicrobial activity of copper sulfate and copper oxide embedded on polyurethane foam // Materials Science Forum. 2018. V. 917. P. 22–26. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.917.22
  14. Popescu V., Prodan D., Cuc S., Saroşi C., Furtos G., Moldovan A., Carpa R., Bomboş D. Antimicrobial poly (lactic acid)/copper nanocomposites for food packaging materials // Materials. 2023. V. 16. № 4. P. 1415. https://doi.org/10.3390/ma16041415
  15. Shrivastava A., 4 – Additives for Plastics, Ed.: Shrivastava A. In Plastics Design Library, Introduction to Plastics Engineering. William Andrew Publishing. 2018. P. 111–141.
  16. Zainab A., Fahimeh K., Mehdi A., Mahmoud A., Narges T.M., Jaffar A.S., Chinmayananda G., Mohsen A., Hossein S.K. A review on the impacts of metal/metal nanoparticles on characteristics of hydrogels: Special focus on carbohydrate polymers // International Journal of Biological Macromolecules. 2023. V. 253. Part 1. P. 126535. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.126535
  17. Raquez J.-M., Habibi Y., Murariu M., Dubois P. Polylactide (PLA)-based nanocomposites // Progress in Polymer Science. 2013. V. 38. № 10–11. P. 1504–1542. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2013.05.014
  18. Olmos D., González-Benito J. Polymeric materials with antibacterial activity: A review // Polymers. 2021. V. 13. P. 613. https://doi.org/10.3390/polym13040613
  19. Castro-Aguirre E., Iñiguez-Franco F., Samsudin H., Fang X., Auras R. Poly(lactic acid) – Mass production, processing, industrial applications, and end of life // Adv. Drug Deliv. Rev. 2016. V. 107. P. 333–366. https://doi.org/10.1016/j.addr.2016.03.010
  20. Ranakoti L., Gangil B., Mishra S.K., Singh T., Sharma S., Ilyas R., El-Khatib S. Critical review on polylactic acid: Properties, structure, processing, biocomposites, and nanocomposites // Materials. 2022. V. 15. № 12. P. 4312. https://doi.org/10.3390/ ma15124312
  21. Volynskii A.L., Bakeev N.F. Surface Phenomena in the Structural and Mechanical Behaviour of Solid Polymers // New York: Taylor & Francis. 2016. P. 237–245.
  22. Arzhakova O.V., Dolgova A.A., Yarysheva L.M., Volynskii A.L., Bakeev N.F. Specific features of the environmental crazing of poly(ethylene terephthalate) fibers // Polymer. 2015. V. 56. P. 256–262. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2014.11.044
  23. Weichold O., Goel P., Lehmann K-H., Möller M. Solvent crazed PET fibers imparting antibacterial activity by release of Zn2+ // Journal of Applied Polymer Science. 2009. V. 112. № 5. P. 2634–2640. https://doi.org/10.1002/app.29818
  24. Goldade V.A., Pinchuk L.S., Vinidiktova N.S. Modification of polyester fibers by bactericides using crazing mechanism // International Polymer Processing. 2010. V. 25. № 3. P. 199–204. https://doi.org/10.3139/217.2321
  25. Trofimchuk E.S., Efimov A.V., Grokhovskaya T.E., Nikonorova N.I., Moskvina M.A., Sedush N.G., Dorovatovskii P.V., Ivanova O.A., Rukhlya E.G., Volynskii A.L., Chvalun S.N. Cold crystallization of glassy polylactide during solvent crazing // ACS Applied Materials & Interfaces. 2017. V. 9. № 39. P. 34325–34336. https://doi.org/10.1021/acsami.7b09666
  26. Trofimchuk E.S., Nikonorova N.I., Moskvina M.A., Efimov A.V., Khavpachev M.A., Volynskii A.L. Influence of liquid media on the craze initiation in amorphous polylactide // Polymer. 2018. V. 142. P. 43–47. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2018.03.023
  27. Khavpachev M., Trofimchuk E., Nikonorova N., Garina E., Moskvina M., Efimov A., Demina V., Bakirov A., Sedush N., Potseleev V., Cherdyntseva T., Chvalun S. Bioactive polylactide fibrous materials prepared by crazing mechanism // Macromolecular Materials and Engineering. 2020. V. 305. № 7. P. 2000163. https://doi.org/10.1002/mame.202000163
  28. Potseleev V.V., Trofimchuk E.S., Nikonorova N.I. Kinetics of the release of brilliant green from nanoporous polylactide obtained by a crazing mechanism // Mendeleev Communications. 2021. V. 31. № 4. P. 515–516. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2021.07.026
  29. Celina M.C. Review of polymer oxidation and its relationship with materials performance and lifetime prediction // Polymer Degradation and Stability. 2013. V. 98. № 12. P. 2419–2429. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2013.06.024
  30. Trofimchuk E.S., Efimov A.V., Moskvina M.A., Ivanova O.A., Nikonorova N.I., Zezin S.B., Bakirov A.V., Volynskii A.L. Nanocomposites based on porous polylactide, obtained by crazing mechanism in water-ethanol solution, and calcium phosphates // Polymer Science, Series A. 2018. V. 60. № 6. P. 845–853. https://doi.org/10.1134/S0965545X19010097

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic representation of the structural modification of the PL with simultaneous impregnation of the additive.

Download (218KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Micrographs of samples of the initial PL (a, b), PL after structural modification without (c, d) and with CuSO4 impregnation (d, e) obtained using an optical microscope in transmitted (a, c, e) and reflected (b, d, e) light at magnification 200×. The arrows indicate the direction of stretching.

Download (2MB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. SEM micrographs of PL after structural modification with CuSO4 impregnation. The micrograph (c) is an enlarged image of the rectangular area indicated in the micrograph (b). The arrows indicate the direction of stretching.

Download (1MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Thermogravimetric (a) and differential thermogravimetric (b) curves of samples: initial PL (curve 1), modified PL (curve 2), modified PL with CuSO4 (curve 3).

Download (333KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. DSC curves of the first heating of the samples: the initial PL (curve 1), the modified PL (curve 2), the modified PL with CuSO4 (curve 3).

Download (440KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Deformation curves of stretching of samples: initial PL (curve 1), modified PL (curve 2), modified PL with CuSO4 (curve 3).

Download (151KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Linear profile obtained using an optical microscope, samples of the original PL (a), modified PL without (b) and with CuSO4 impregnation (c).

Download (1MB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Table 3. Droplet profiles and edge angles of wetting with water

Download (39KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Table 3. Droplet profiles and edge angles of wetting with water

Download (30KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Table 3. Droplet profiles and edge angles of wetting with water

Download (31KB)
Indexing metadata


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies