Thermal and mechanical properties of poly(L-lactic acid) nucleated with N,N’-bis(phenyl) 1,4-naphthalenedicarboxylic acid dihydrazide

• Autorzy: Zhao Li-Sha , Qiao Jun , Chen Wei , Cai Yan-Hua

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2021.4.3

Warianty tytułu

PL

Właściwości termiczne i mechaniczne poli(kwasu L-mlekowego) zarodkowanego dihydrazydem kwasu N,N’-bis(fenylo) 1,4-naftalenodikarboksylowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The modified poly(L-lactic acid) (PLLA) with different contents (0.5−3 wt %) of N,N’-bis(phenyl) 1,4-naphthalenedicarboxylic acid dihydrazide (NAPH) were prepared to evaluate effects of NAPH on melt-crystallization behavior (DSC), thermal degradation (TGA) and mechanical properties of PLLA. The melt-crystallization results demonstrated that NAPH as a heterogeneous organic nucleating agent enhanced crystallization ability of PLLA in cooling, and PLLA/1%NAPH had the best crystallization ability because of the highest onset crystallization temperature and the sharpest melt-crystallization peak. However, melt-crystallization behavior also depended on the cooling rate and final melting temperature, overall, a relative slow cooling rate and low final melting temperature were beneficial for crystallization of PLLA. The cold-crystallization results indicated that NAPH had an inhibition for cold-crystallization process of PLLA, and the cold-crystallization peak shifted towards lower temperature and became wider with an increase of NAPH concentration. The different melting behaviors of PLLA/NAPH after melt-crystallization and isothermal-crystallization efficiently reflected the accelerating role of NAPH for PLLA crystallization; the double melting peaks formed in heating were thought to result from melting-recrystallization, as well as that a higher crystallization temperature could cause melting peak to appear in higher temperature regions and possess larger melting enthalpy. A comparative analysis on thermal degradation in air illustrated that the addition of NAPH accelerated decomposition of PLLA, but a decrease of onset decomposition temperature was inhibited by the probable interaction of PLLA with NAPH. Moreover, the tensile test showed that NAPH decreased tensile modulus and elongation at break of PLLA, whereas PLLA with low concentration of NAPH had higher tensile strength than pure PLLA.

PL

Poli(kwas L-mlekowy) (PLLA) modyfikowano dodatkiem 0,5−3 % mas. dihydrazydu kwasu N,N’-bis(fenylo) 1,4-naftalenodikarboksylowego (NAPH). Zbadano wpływ NAPH na topnienie i krystalizację (DSC), degradację termiczną (TGA) i właściwości mechaniczne PLLA. Analiza procesu krystalizacji ze stanu stopionego modyfikowanego PLLA wykazała, że NAPH, jako heterogeniczny organiczny środek zarodkujący, zwiększał zdolność do krystalizacji PLLA podczas chłodzenia, a próbka PLLA/1% NAPH charakteryzowała się najwyższą temperaturą początku krystalizacji i najostrzejszym pikiem krystalizacji ze stanu stopionego. Przebieg procesu krystalizacji zależał również od szybkości chłodzenia i końcowej temperatury topnienia próbki. Względnie mała szybkość chłodzenia i niska końcowa temperatura topnienia były korzystne dla procesu krystalizacji PLLA. Analiza procesu zimnej krystalizacji wskazała, że obecność NAPH hamowała zimną krystalizację PLLA, jej pik przesuwała w kierunku niższych wartości temperatury, a wraz ze wzrostem stężenia NAPH pik stawał się szerszy. Różny przebieg procesów topnienia PLLA/NAPH po krystalizacji ze stanu stopionego i krystalizacji izotermicznej odzwierciedla przyspieszającą rolę NAPH w krystalizacji PLLA. Autorzy uważają, że podwójne piki topnienia powstające podczas ogrzewania wynikają z zachodzącego procesu topnienia-rekrystalizacji, a także, że wyższa temperatura krystalizacji może być przyczyną pojawienia się piku topnienia w obszarach wyższej temperatury i zwiększenia entalpii topnienia. Analiza porównawcza rozkładu termicznego w atmosferze powietrza wykazała, że dodatek NAPH przyspieszył rozkład PLLA, ale prawdopodobne oddziaływanie PLLA z NAPH wpłynęło na zmniejszenie temperatury początku rozkładu. Ponadto, dodatek większej ilości NAPH spowodował zmniejszenie modułu sprężystości przy rozciąganiu i wydłużenia przy zerwaniu PLLA, jednak PLLA zawierający niewielką ilość NAPH wykazywał większą wytrzymałość na rozciąganie niż niemodyfikowany PLLA.

Słowa kluczowe

EN

poly(L-lactic acid); phenyl hydrazine; nucleation effect; non-isothermal crystallization; mechanical properties

PL

poli(kwas L-mlekowy); fenylohydrazyna; efekt zarodkowania; krystalizacja nieizotermiczna; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2021
• Tom: T. 66, nr 4
• Strony: 234--244
• Opis fizyczny: Bibliogr. 52 poz., rys. kolor.

Twórcy

autor

Zhao Li-Sha

• Chongqing Key Laboratory of Environmental Materials & Remediation Technologies, Chongqing University of Arts and Sciences, Chongqing-402160, P.R. China

autor

Qiao Jun

• Chongqing Key Laboratory of Environmental Materials & Remediation Technologies, Chongqing University of Arts and Sciences, Chongqing-402160, P.R. China

autor

Chen Wei

• Chongqing Key Laboratory of Environmental Materials & Remediation Technologies, Chongqing University of Arts and Sciences, Chongqing-402160, P.R. China

autor

Cai Yan-Hua

• Chongqing Key Laboratory of Environmental Materials & Remediation Technologies, Chongqing University of Arts and Sciences, Chongqing-402160, P.R. China

• https://orcid.org/0000-0002-1390-3722%29

Bibliografia

• [1] Somsunan R., Mainoiy N.: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2020, 139 (3), 1941. http://dx.doi.org/10.1007/s10973-019-08631-9
• [2] Shuai C.J., Yuan X., Yang W.J. et al.: Polymer Testing 2020, 85, 106458. h t t p : / / d x . d o i . o r g / 1 0 . 1 0 1 6 / j . p o l y m e r t e -sting.2020.106458
• [3] Yan S.F., Yin J.B., Yang Y. et al.: Polymer 2007, 48, 1688. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2007.01.037
• [4] Singh S., Patel M., Schwendemann D. et al.: Polymers 2020, 12 (3), 726. http://dx.doi.org/10.3390/polym12030726
• [5] Geng Z.X., Zhen W.J., Song Z.B., Wang X.F.: Journal of Polymer Research 2018, 25, 115. http://dx.doi.org/10.1007/s10965-018-1482-x
• [6] Saito E., Suarez-Gonzalez D., Murphy W.L., Hollister S.J.: Advanced Healthcare Materials 2015, 4 (4), 621. http://dx.doi.org/10.1002/adhm.201400424
• [7] Mallick S.P., Singh B.N., Rastogi A., Srivastava P.: International Journal of Biological Macromolecules 2018, 112, 909. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.02.049
• [8] Franca D.C., Almeida T.G., Abels G. et al.: Journal of Natural Fibers 2019, 16 (7), 933. http://dx.doi.org/10.1080/15440478.2018.1441092
• [9] Khan H., Kaur S., Baldwin T.C. et al.: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2020, 8 (13), 5360. http://dx.doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c00991
• [10] Wang H.L., Liu H., Chu C.J. et al.: Food and Bioprocess Technology 2015, 8 (8), 1657. http://dx.doi.org/10.1007/s11947-015-1522-z
• [11] Mohammadi-Rovshandeh J., Pouresmaeel-Selakjani P., Davachi S.M. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2014, 131 (22), 41095. http://dx.doi.org/10.1002/APP.41095
• [12] Genovese L., Soccio M., Lotti N. et al.: European Polymer Journal 2017, 95, 289. http://dx.doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2017.08.001
• [13] El-Hadi A.M.: Scientific Reports 2017, 7, 46767. http://dx.doi.org/10.1038/srep46767
• [14] Atreya M., Dikshit K., Marinick G. et al.: ACS Applied Materials & Interfaces 2020, 12 (20), 23494. http://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c05196
• [15] Shi X.W., Dai X., Cao Y. et al.: Industrial & Engineering Chemistry Research 2017, 56 (14), 3887. http://dx.doi.org/10.1021/acs.iecr.6b04204
• [16] Fan Y.Q., Yu Z.Y., Cai Y.H. et al.: Polymer International 2013, 62, 647. http://dx.doi.org/10.1002/pi.4342
• [17] Zhao L.S., Cai Y.H.: Polymer Science Series A 2020, 62 (4), 343. http://dx.doi.org/10.1134/S0965545X20040124
• [18] Zhao C.X., Yu M.M., Fan Q.C. et al.: Polymers for Advanced Technologies 2020, 31 (5), 1077. http://dx.doi.org/10.1002/pat.4842
• [19] Chen P., Zhou H.F., Liu W. et al.: Polymer Degradation and Stability 2015, 122, 25. h t t p : //d x . d o i . o r g / 10 .10 16 / j . p o l y m d e g r a d -stab.2015.10.014
• [20] Cai Y.H., Yan S.F., Fan Y.Q. et al.: Iranian Polymer Journal 2012, 21 (7), 435. http://dx.doi.org/10.1007/s13726-012-0046-x
• [21] Xu X.K., Zhen W.J., Bian S.Z.: Polymer-Plastics Technology and Engineering 2018, 57 (18), 1858. http://dx.doi.org/10.1080/03602559.2018.1434670
• [22] Li Y., Han C.Y., Yu Y.C. et al.: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2019, 135 (4), 2049. http://dx.doi.org/10.1007/s10973-018-7365-x
• [23] Huang A., Yu P., Jing X. et al.: Journal of Macromolecular Science Part B-Physics 2016, 55 (9), 908. http://dx.doi.org/10.1080/00222348.2016.1217186
• [24] Shi X.T., Zhang G.C., Phuong T.V., Lazzeri A.: Molecules 2015, 20 (1), 1579. http://dx.doi.org/10.3390/molecules20011579
• [25] Li F.F., Zhang C.L., Weng Y.X.: ACS Omega 2020, 5 (30), 18675. http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.0c01405
• [26] Zou G.X., Zhang X., Zhao C.X., Li J.C.: Polymer Science Series A 2012, 54 (5), 393. http://dx.doi.org/10.1134/S0965545X12050148
• [27] Li X.X., Yin J.B., Yu Z.Y. et al.: Polymer Composites 2009, 30 (9), 1338. http://dx.doi.org/10.1002/pc.20721
• [28] Wu J., Zou X.X., Jing B., Dai W.L.: Polymer Engineering and Science 2015, 55 (5), 1104. http://dx.doi.org/10.1002/pen.23981
• [29] Cruz S.A., Onoue L.A., Paranhos C.M., Longo E.: Express Polymer Letters 2019, 13 (9), 825. http://dx.doi.org/10.3144/expresspolymlett.2019.71
• [30] Yang T.C., Hung K.C., Wu T.L. et al.: Polymer Degradation and Stability 2015, 121, 230. h t t p : //d x . d o i . o r g / 10 .10 16 / j . p o l y m d e g r a d -stab.2015.09.012
• [31] Wang S.S., Han C.Y., Bian J.J. et al.: Polymer International 2011, 60, 284. http://dx.doi.org/10.1002/pi.2947
• [32] Han L.L., Pan P.J., Shan G.R., Bao Y.Z.: Polymer 2015, 63, 144. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2015.02.053
• [33] Liang J.Z., Zhou L., Tang C.Y., Tsui C.P.: Composites Part B-Engineering 2013, 45 (1), 1646. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2012.09.086
• [34] Han L.J., Han C.Y., Bian J.J. et al.: Polymer Engineering and Science 2012, 52 (7), 1474. http://dx.doi.org/10.1002/pen.23095
• [35] Cai Y.H., Zhang Y.H., Zhao L.S.: Polimery 2015, 60, 95. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2015.095
• [36] Song P., Chen G.Y., Wei Z.Y. et al.: Polymer 2012, 53 (19), 4300. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2012.07.032
• [37] Kawamoto N., Sakai A., Horikoshi T. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2007, 103 (1), 198. http://dx.doi.org/10.1002/app.25109
• [38] You J.X., Yu W., Zhou C.X.: Industrial & Engineering Chemistry Research 2014, 53 (3), 1097. http://dx.doi.org/10.1021/ie402358h
• [39] Shen T.F., Xu Y.S., Cai X.X. et al.: RSC Advances 2016, 6 (54), 48365. http://dx.doi.org/10.1039/c6ra04050k
• [40] Ma P.M., Xu Y.S., Wang D.W. et al.: Industrial & Engineering Chemistry Research 2014, 53 (32), 12888. http://dx.doi.org/10.1021/ie502211j
• [41] Pan P.P., Liang Z.C., Cao A., Inoue Y.: ACS Applied Materials & Interfaces 2009, 1 (2), 402. http://dx.doi.org/10.1021/am800106f
• [42] Ma P.M., Xu Y.S., Shen T.F. et al.: European Polymer Journal 2015, 70, 400. http://dx.doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2015.07.040
• [43] Cai Y.H., Zhao L.S.: Polymer Bulletin 2019, 76 (5), 2295. http://dx.doi.org/10.1007/s00289-018-2498-4
• [44] Zhao L.S., Cai Y.H.: Emerging Materials Research 2020, 9 (2), 257. http://dx.doi.org/10.1680/jemmr.19.00041
• [45] Xu X.K., Zhen W.J.: Polymer Bulletin 2018, 75, 3753. http://dx.doi.org/10.1007/s00289-017-2233-6
• [46] Feng Y.Q., Ma P.M., Xu P.W. et al.: International Journal of Biological Macromolecules 2018, 106, 955. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.08.095
• [47] Chen L., Dou Q.: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2020, 139, 1069. http://dx.doi.org/10.1007/s10973-019-08507-y
• [48] Fan Y.Q., Yan S.F., Yin J.B.: Journal of Applied Polymer Science 2019, 136 (7), 46851. http://dx.doi.org/10.1002/app.46851
• [49] Yasuniwa M., Satou T.: Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics 2002, 40 (21), 2411. http://dx.doi.org/10.1002/polb.10298
• [50] Faria E.D., Dias M.L., Ferreira L.M., Tavares M.I.B.: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2020. http://dx.doi.org/10.1007/s10973-020-10166-3
• [51] Zhao L.S., Cai Y.H.: e-Polymers 2020, 20, 203. http://dx.doi.org/10.1515/epoly-2020-0027
• [52] Yu M.H., Zheng Y.J., Tian J.Z.: RSC Advances 2020, 10, 26298. http://dx.doi.org/10.1039/d0ra00274g

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).