Wpływ modyfikacji poli(ε-kaprolaktonu) na jego biodegradację w warunkach naturalnych

• Autorzy: Rutkowska M. , Krasowska K. , Heimowska A. , Steinka I.

Warianty tytułu

EN

Effect of poly(ε-caprolactone) modification on its biodegradation in natural environments

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Oceniono wpływ różnych modyfikatorów i dodatków procesowych na szybkość biodegradacji poli(e-kaprolaktonu) (PCL) w warunkach naturalnych - w kompoście z osadem czynnym i w wodzie morskiej. Badania obejmowały PCL modyfikowany skrobią, kredą albo dodatkami procesowymi, czyli poli(akrylanem etylenowo-butylowym) (EBA) z utleniaczem lub układem Master Batch (MB) składającym się z PE-LD oraz amidów kwasu erukowego i kwasu oleinowego. W toku biodegradacji kontrolowano charakterystyczne parametry obu środowisk. Stopień biodegradacji PCL oceniano na podstawie zmian masy, granicznej liczby lepkościowej, naprężenia zrywającego, charakteru struktury powierzchni i krystaliczności. Potwierdzono podatność PCL na rozkład biologiczny pod wpływem makro- i mikroorganizmów obecnych w środowisku naturalnym. Biodegradacja niemodyfikowanego PCL trwała 6 tygodni w kompoście i 7 tygodni w wodzie morskiej. Dodatek kredy nie wpływał na szybkość biodegradacji PCL, a wprowadzanie skrobi przyspieszało ten proces. Modyfikacja PCL dodatkami procesowymi zmniejszała wrażliwość na atak mikroorganizmów bytujących w środowisku naturalnym, przedłużając tym samym proces biodegradacji. Obserwacje mikroskopowe i pomiary metodą DSC ujawniły dwuetapowy przebieg degradacji enzymatycznej PCL, zgodnie z którym najpierw degradacji ulega faza amorficzna, a następnie faza krystaliczna polimeru.

EN

Effect of various modifiers and processing additives on poly(epsilon-caprolactone) (PCL) biodegradation rate under natural conditions (in compost with activated sludge and in seawater) was investigated. Tests included starch, chalk or processing additives (i.e. poly(ethyl-butyl acrylate) with oxidant (EBA), or Master Batch (MB) system consisting of PE-LD and crucic and oleic acid amides) modified PCL. Characteristic parameters of both environments were controlled throughout the biodegradation (Tables I and 2). Biodegradation of PCL was assessed based on changes in weight, intrinsic viscosity, tensile strength, surface morphology and crystallinity characteristics (Tables 3-6, Fig. 1). Susceptibility of PCL to biological degradation caused by macro- and micro-organisms present in the natural environment was confirmed. Biodegradation of unmodified PCL lasts 6 weeks in compost and 7 weeks in seawater. Chalk does not affect PCL biodegradability rate, whereas introduction of starch accelerates the process. Modification of PCL using processing additives reduced its susceptibility to attack by microorganisms present in the natural environment, thus, prolonging the biodegradation. Microscopic observations and DSC measurements confirmed two-stage enzymatic degradation of PCL, whereby the amorphous phase is degraded first, with the polymer crystalline phase following.

Słowa kluczowe

PL

poli(ε-kaprolakton); biodegradacja; kompost z osadem czynnym; woda morska; modyfikacja; przebieg degradacji dwuetapowy

EN

poly(e-caprolactone); biodegradation; activated sludge; compost; seawater; modification; two-phase degradation process

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2002
• Tom: T. 47, nr 4
• Strony: 262--268
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rutkowska M.

• Wyższa Szkoła Morska, Katedra Chemii, ul Morska 83, 81-225 Gdynia

autor

Krasowska K.

• Wyższa Szkoła Morska, Katedra Chemii, ul Morska 83, 81-225 Gdynia

autor

Heimowska A.

• Wyższa Szkoła Morska, Katedra Chemii, ul Morska 83, 81-225 Gdynia

autor

Steinka I.

• Wyższa Szkoła Morska, Katedra Chemii, ul Morska 83, 81-225 Gdynia

Bibliografia

• 1. Doi Y.: „Microbial Polyesters", VCH Publishers, Nowy Jork 1990.
• 2. Jarrett P., Benedict С. V., Bell J. P., Cameron J. A., Huang S. J.: „Polymers as Biomaterials" (red. Shalaby S. W., Hoffman A. S., Ratner B. D., Horbett T. A.), Plenum Press, Nowy Jork 1991, str. 181—192.
• 3. Rutkowska M., Dereszewska A., Janik H.: Macromol. Symp. 1998, 130, 199.
• 4. Rutkowska M., Jastrzębska M., Janik H.: Reactive& Funct. Polym. 1998, 38, 27.
• 5. Rutkowska M., Heimowska A., Smiechowska M., Janik H.: Iranian Polym. J. 2000, 9, nr 4, 221.
• 6. Li S., Vert M.: „Biodegradation of Aliphatic Polyesters" w „Degradable Polymers", Chapman and Hall, Londyn 1995, rozdz. 4., str. 43—87.
• 7. Woodward S. C, Brewer P. S., Moatmed F. i in.: J. Biomed. Mater. Res. 1985, 19, 437.
• 8. Pitt C. G., Chasalow F. I., Hibionada Y. M. i in.: J. Appl. Polym. Sci. 1981, 26, 3779.
• 9. Pitt C. G., Gratzel M. M., Kimmel G. L. i in.: Biomaterials 1981, 2, 215.
• 10. Hermanowicz W., Dojlido J., Dożańska W., Koziorowski B., Zerbe J.: „Fizyczno-chemiczne badanie wody i ściekow", Arkady, Warszawa 1999, str. 498—499.
• 11. Lenz W. R.: Adv. Polym. Sci. 1993, 107, 1.
• 12. „Encyklopedia Biologiczna: Wszystkie dziedziny nauk przyrodniczych", tom III, Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Krakow 1999, str. 43—45.
• 13. Nayaran R., Mojo S.: „Summary of ASTM D6400-99 Test Methods and Specifications. Correlation of Test Methods to Real World", International Biodegradable Products Institute 1999, str. 3—9.
• 14. Haug R. T.: „The Practical Handbook of Compost Engineering", Lewis, Londyn 1993, str. 121.
• 15. Maltby A., Ruxton R: Polym.&Polym. Comp. 1999, 7, nr 8,537.
• 16. Barenstedt C.: Thesis „Environmental Degradation of Starch-modified Polyethylene: Degradation Products and Long-term Properties", The Royal Institute of Technology, Sztokholm 1994.
• 17. Carter В. K., Wilkes G. L.: w „Polymers as Biomaterials" (red. Shalaby S. W., Hoffman A. S., Ratner B. D., Horbett T. A.), Plenum Press, Nowy Jork 1984, str. 67—92.
• 18. Fredericks R. J., Melveger A. J., Dolegiewtz L. J.: J. Polym. Sci.: Polym. Phys. Ed. 1984, 22, 57.
• 19. Pitt C. G., Gu Z. W.: J. Control. Rcl. 1987, 4, 283.