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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

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).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Д. Бровина

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: son-bro@mail.ru

Научная лаборатория “Перспективные композиционные материалы и технологии”

Россия, 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

Россия, 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”

Россия, 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

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

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематичное изображение структурной модификации ПЛ с одновременной импрегнацией добавки.

Скачать (218KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Микрофотографии образцов исходного ПЛ (а, б), ПЛ после структурной модификации без (в, г) и с импрегнацией CuSO4 (д, е), полученные с помощью оптического микроскопа в проходящем (а, в, д) и отраженном (б, г, е) свете при увеличении 200×. Стрелками указано направление растяжения.

Скачать (2MB)
Метаданные
4. Рис. 3. СЭМ-микрофотографии ПЛ после структурной модификации с импрегнацией CuSO4. Микрофотография (в) является увеличенным изображением прямоугольной области, обозначенной на микрофотографии (б). Стрелками указано направление растяжения.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Термогравиметрические (а) и дифференциальные термогравиметрические (б) кривые образцов: исходного ПЛ (кривая 1), модифицированного ПЛ (кривая 2), модифицированного ПЛ с CuSO4 (кривая 3).

Скачать (333KB)
Метаданные
6. Рис. 5. ДСК-кривые первого нагрева образцов: исходный ПЛ (кривая 1), модифицированный ПЛ (кривая 2), модифицированный ПЛ с CuSO4 (кривая 3).

Скачать (440KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Деформационные кривые растяжения образцов: исходный ПЛ (кривая 1), модифицированный ПЛ (кривая 2), модифицированный ПЛ с CuSO4 (кривая 3).

Скачать (151KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Линейный профиль, полученный с помощью оптического микроскопа, образцов исходного ПЛ (а), модифицированного ПЛ без (б) и с импрегнацией CuSO4 (в).

Скачать (1MB)
Метаданные
9. Рис. 8. Таблица 3. Профили капель и краевые углы смачивания водой

Скачать (39KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Таблица 3. Профили капель и краевые углы смачивания водой

Скачать (30KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Таблица 3. Профили капель и краевые углы смачивания водой

Скачать (31KB)
Метаданные


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах