Degradation kinetics of polymer systems containing chitosan

• Autorzy: Pawlak A.

Warianty tytułu

PL

Kinetyka degradacji układów polimerowych zawierającyh chitozan

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Results of studies on photo- and thermodegradation of chitosan and its blends with polyvinyl alcohol, hydroxypropylcellulose and starch are presented. Morphological structure, properties and degradation of the above mentioned chitosan systems were studied for thin polymer films. Spectrophotometric and viscometric studies allowed us to determine interrelationships between blend components. Basing on results of the spectrophotometric studies, structural changes occurring during thermodegradation were identified and schematic of thermal chitosan decomposition was presented. Additionally, the kinetic parameters were determined: energy of activation, rate constants and the order of elementary reactions observed during thermodegradation. Basing on the thermogravimetric studies the kinetic parameters: energy of activation and the order of the reaction of thermal chitosan decomposition were specified. Analysis of chitosan photodegradation kinetics was based on the viscometric and spectrophotometric measurements. The effect of the deacetylation degree on photolysis was investigated. The influence of the deacetylation degree on biodegradation, hydrolytic degradation of chitosan and water sorption by chitosan films was described. The effect of polymers added to chitosan during mixing on its decomposition kinetics at high temperature and UV radiation was determined. Basing on the spectrophotometric investigations, changes in the concentration of functional groups subjected to degradation were analysed. The kinetic parameters: the energy of activation (in the case of thermodegradation), rate constants and the reaction order of decomposition of the analysed functional groups were determined. An improvement of thermal (except for the amino group) and photochemical stability was observed. Viscometric and thermogravimetric studies showed also improved thermal stability of chitosan with an increase of the weight fraction of PVAL, HPC and S in the blend. The main conclusion of the thesis is that an advantageous improvement of physical properties and degradation stability of chitosan induced by mixing with other polymers (e.g. to 20-30% weight fraction of PVAL and HPC) is of great practical significance and is an important subject of research.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań procesów foto- i termo-degradacji chitozanu i jego mieszanin z: polialkoholem winylowym, hydroksypropylocelulozą oraz skrobią. Badania struktury morfologicznej, właściwości oraz degradacji ww. układów chitozanowych przeprowadzono dla cienkich filmów polimerowych. Badania spektrofotomeriyczne, wiskozymetryczne pozwoliły na określenie oddziaływań między składnikami mieszanin. W oparciu o wyniki badań spektrofotometrycznych określono zmiany strukturalne zachodzące podczas termodegradacji i przedstawiono schemat termicznego rozkładu chitozanu. Wyznaczono ponadto parametry kinetyczne: energię aktywacji, stałe szybkości i rząd reakcji elementarnych obserwowanych w procesie termodegradacji. Na podstawie pomiarów termograwimetrycznych określono parametry kinetyczne: energię aktywacji i rząd reakcji termicznego rozkładu chitozanu. Analizę kinetyki fotodegradacji chitozanu przeprowadzono na podstawie pomiarów wiskozymetrycznych oraz spektrofotome-tiycznych. Zbadano wpływ stopnia deacetylacji na przebieg procesu fotolizy. Określono wpływ stopnia deacetylacji na przebieg procesu biodegradacji, degradacji hydrolitycznej chitozanu oraz sorpcji wody przez filmy chitozanowe.Oznaczono wpływ polimerów wprowadzonych w procesie mieszania do struktury chitozanu na kinetykę jego rozkładu w wa-runkach wysokiej temperatury i promieniowania UV. Na podstawie badań spektrofotometrycznych przeprowadzono analizę zmian koncentracji grup funkcyjnych ulegających rozkładowi w trakcie degradacji. Wyznaczono parametry kinetyczne: energię aktywacji (w przypadku termodegradacji), stale szybkości i rząd reakcji rozkładu analizowanych grup funkcyjnych. Obserwowano poprawę stabilności termicznej (z wyjątkiem grupy aminowej) i fotochemicznej. Badania wiskozymetryczne i termograwimetryczne wykazały także poprawę stabilności termicznej chitozanu ze wzrostem udziału wagowego PVAL, HPC, S w mieszaninie. Podstawowy wniosek przedstawionej rozprawy sprowadza się do stwierdzenia, że korzystna poprawa właściwości fizycznych chitozanu i stabilności na degradację poprzez wymieszanie z innymi polimerami (np. do 20-30% udziału wagowego PVAL i HPC) ma duże znaczenie praktyczne i jest ważnym zagadnieniem poznawczym.

Słowa kluczowe

PL

chitozan; degradacja chitozanu; układy polimerowe; kinetyka degradacji

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Inżynieria Chemiczna i Procesowa / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2006
• Tom: Z. 30
• Strony: 119--129
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Pawlak A.

Bibliografia

• [1] Muzzarelli R.A.A., Mattioli-Belmonte M., Mattei G., Fini M., Biagini G.: Advances in Chitin Sciences, 2, 580, 1997.
• [2] Moore G.K., Roberts G.A.F.: Int. J. Biol. Macromol., 2, 73, 1980.
• [3] Horner V., Pittermann W., Wachter R.: Advances in Chitin Sciences, 2, 671, 1997.
• [4] Hudson S.M., Wei Y.C.: Proc. of Inter. Conf., Chitin and Chitosan. 573, 1989.
• [5] MuchaM., Miśkiewicz D., Pawlak A.: Przemysł Chemiczny, 10, 12, 2003.
• [6] Mucha M., Miskiewicz D.: Chitosan in Pharmacy and Chemistry, Ed. R.A.A. Muzzarelli, C. Muzzarelli, Atec Edizioni, 251, 2002.
• [7] Mucha M., Pawlak A.: Thermochimica Acta, 396, 153, 2003.
• [8] Zhao W., Yu L., Zhong X., Zhang Y., Sun J.: J. Macromol. Sci-Phys. B, 34, 231, 1995.
• [9] Blair H., Guthrie J., Law T., Turkington P.: J. Appl. Polymer Sci. 33, 343, 1992.
• [10] Patel V.R., Amiji M.M.: Pharm. Res., 13, 588, 1996.
• [11] Wrzyszczynski A., Qu Xia, Szosland L., Adamczak E., Linden L.A., Rabek J.F.: Polymer Bulletin, 34, 493, 1995.
• [12] Mucha M., Pawlak A.: Polimery, 47, 509, 2002.