퇴비 조건에서 기능성 티타늄 나노입자(PLA/TiO2)로 채워진 폴리(유산)의 생분해 평가

초록

이 논문은 기능화된 아나타제-티타니아 나노충전재(PLA/TiO₂ 나노복합체). 표면 형태, 열적 특성, 생분해율 및 다양한 배양 시간에서의 분자량 변화는 육안 검사, 주사 전자 현미경(SEM), X선 회절(XRD), 시차 주사 열량계(DSC) 및 겔 투과를 통해 평가되었습니다. 목표 생분해 시간 간격이 끝날 때 퇴비에서 분해된 샘플을 취하여 크로마토그래피(GPC)를 수행합니다. 결정도의 급격한 증가는 PLA 및 PLA/TiO₂ 나노복합체는 통제된 퇴비화 조건에서 이질적인 분해 메커니즘을 가졌다. PLA/TiO₂의 생분해율 나노복합체는 물 분자가 나노복합체에 쉽게 침투하기 때문에 순수한 PLA보다 높았다. PLA/TiO₂에서 나노입자의 분산 나노복합체는 PLA의 생분해율에 영향을 미쳤다. 또한, PLA의 생분해는 분산된 TiO₂의 양을 추가하여 제어할 수 있습니다. 통제된 퇴비화 조건에서 나노충전제.

소개

합성 생분해성 폴리머인 폴리(락트산)(PLA)은 석유화학 제품에 대한 지속 가능한 대안인 재생 가능한 재료에 대한 요구가 증가함에 따라 생의학 및 소비자 응용 분야를 위해 전 세계적으로 조사되고 있습니다[1,2,3,4]. PLA는 탄수화물의 미생물 발효에 의해 자연에서 가장 많이 생성되는 카르복실산인 락타이드 또는 젖산의 중합으로 생성된 생성물이다[5]. 그러나 PLA는 열변형 온도, 인성, 열화율이 불만족스러워 적용이 상대적으로 제한적이다[6, 7]. 이러한 단점을 해결하기 위한 방법 중 하나는 일반적인 나노클레이, 탄소나노튜브, 산화아연, 아나타제(A-TiO₂ ) [8,9,10,11,12,13,14,15]. 최근 PLA/TiO₂ PLA와 화학적으로 변형된 TiO₂를 용융 혼합하여 나노복합체를 제조했습니다. (용액 젖산 그래프트 TiO₂ , 이하 g-TiO₂라고 함 ) [16]. 결과는 TiO₂ 나노입자는 PLA/TiO₂의 기계적 특성 개선에 상당한 영향을 미쳤습니다. 순수한 PLA와 비교하여 파단 시 변형률 및 탄성과 같은 블렌드. 동시에, g-TiO₂ 나노입자는 PLA의 가수분해 분해 및 광분해에 강한 영향을 미친다[17, 18].

실험실 규모의 시험을 통해 생분해성 물질의 생분해성 및 생분해 메커니즘에 대한 연구는 이러한 물질의 수명을 이해하는 산업적, 과학적 관점에서 매우 중요한 방법이다[15]. 현재 생분해성 물질의 생분해성을 평가하는 데 사용할 수 있는 몇 가지 방법이 있으며 일반적으로 이산화탄소 생성, 바이오가스 생성 또는 산소 소비와 같은 간접적인 측정을 기반으로 합니다[19, 20].

퇴비에서 PLA의 생분해 특성이 연구되고 보고되었다[21,22,23]. 퇴비화는 미생물 개체군과 통제된 퇴비화 조건이 결합된 따뜻하고 습한 호기성 환경에서 유기 물질의 생분해를 가속화하는 것입니다[24, 25]. 더욱이, 퇴비화 조건에서 PLA의 생분해는 온도 및 습도 의존적 과정, 즉 수분 흡수, 에스테르 절단, 올리고머 단편의 형성 및 용해와 같은 여러 과정을 포함합니다[26]. PLA 생분해의 가장 인정되는 메커니즘은 2단계 분해 과정을 포함합니다. 처음에 퇴비의 열과 습기는 PLA 사슬을 공격하고 분리하여 작은 Mw 폴리머를 생성하고 결국에는 젖산을 생성합니다. 그 후 퇴비와 토양의 미생물은 올리고머 조각과 젖산을 광물화하여 메탄과 이산화탄소(CO₂ ) 혐기성 및 호기성 조건에서 각각 [27,28,29].

최근 PLA의 생분해에 대한 충전제의 효과가 큰 주목을 받고 있으며, 특히 나노클레이, 탄소나노튜브, 수산화인회석과 같은 나노충전재에 대한 관심이 집중되고 있다[23, 30,31,32,33,34,35,36, 37,38]. 일부 저자[32,33,34]는 나노입자를 추가하면 PLA의 생분해를 가속화할 수 있다는 것을 발견했는데, 이는 나노입자의 높은 상대적 친수성으로 인해 물이 고분자 매트릭스로 쉽게 침투할 수 있게 하고 가수분해 분해를 유발하기 때문입니다. 그러나 다른 연구[35,36,37,38]에서는 나노복합체의 향상된 장벽 특성으로 인해 생분해가 지연된다고 보고했습니다.

PLA 재료의 생분해에 초점을 맞춘 일부 문헌이 있었지만 TiO₂ PLA 분해에서의 역할은 여전히 논란의 여지가 있습니다. TiO₂는 어떻게 되었나요? 나노입자가 PLA의 생분해에 영향을 미치는지는 명확하지 않았다. 그래서 TiO₂에 의해 변형된 PLA의 생분해에 대한 연구 퇴비 상태의 나노 필러는 여전히 필요합니다. 진화하는 CO₂의 추정에 기초한 현재 연구 , PLA/TiO₂의 생분해 평가 통제된 실험실 퇴비 조건에서 광범위하게 나노복합체, PLA/TiO₂의 분해성 보완 다양한 분해 조건에서 나노복합체를 사용하면 향후 PLA의 다양한 최종 사용 용도를 확장할 수 있습니다.

방법

자료

PLA(Natureworks^@ 에서 제조) (4032D))는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)를 통해 측정된 19,600 kDa의 중량 평균 분자량(Mw) 및 1.89의 다분산도를 나타냈습니다. PLA는 65 °C에서 24 시간 동안 감압 건조되고 사용 전에 흡습기와 함께 진공에서 보관됩니다. 젖산(88%, Guangshui National Chemical Co.)을 사용하기 전에 80 °C에서 증류하여 물을 제거했습니다. 평균 1차 입자 크기가 ca인 아나타제 티타니아 나노입자. 20 nm는 Pangang Co., Ltd.에서 공급받았습니다. 톨루엔과 클로로포름은 받은 그대로 사용했습니다. 크로마토그래피 등급 미정질 셀룰로오스는 Shanghai Chemical Reagent Co., Ltd.에서 공급했습니다. 도시 고형 폐기물(MSW)의 유기 분획에서 얻은 퇴비화 접종원은 중국 플라스틱 가공 산업 협회의 분해성 플라스틱 전문 위원회에서 공급했습니다. CPPIA).

샘플 준비

TiO₂의 기능화에 대한 자세한 정보 PLA/TiO₂의 나노 입자 및 준비 나노복합체가 보고된 바 있다[16]. G-TiO₂ 락트산 올리고머를 아나타제 표면에 그래프팅하여 나노필러를 제조하였다. PLA/TiO₂ 나노복합체는 회전식 이축 압출기를 통해 용융 혼합하여 제조되었습니다. 순수 PLA는 나노복합체와 동일한 열이력을 갖도록 동일한 혼합처리를 하였다. 0, 0.5, 1.0, 2.0, 5.0, 8.0 및 15.0 wt% g-TiO₂가 포함된 샘플 PLA, PLA/TiO₂로 준비 및 라벨링되었습니다. –0.5, PLA/TiO₂ –1, PLA/TiO₂ –2, PLA/TiO₂ –5, PLA/TiO₂ –8 및 PLA/TiO₂ –15 나노복합체.

PLA 및 g-TiO₂의 작은 칩 표본 다른 비율로 10 MPa에서 4분 동안 190°C에서 압축한 다음 5 MPa에서 5분 동안 실온에서 냉각하여 두께가 약 0.5 mm인 시트로 변환되었습니다. 그 후, 압축 성형된 샘플을 5 mm × 5 mm 크기로 절단하고 무게를 잰다.

분해 테스트

생분해성 플라스틱에 대해 설계된 표준 테스트 방법(GB/T19277–2003/ISO 14855-1:2005)(통제된 퇴비화 조건에서 플라스틱 재료의 궁극적인 호기성 생분해성 측정 - 방법 진화된 CO₂ 분석에 의해 ). 대사된 기질에 있는 대부분의 탄소는 CO₂로의 화학적 변형을 통해 에너지를 생성합니다. 호기성 환경에서 [39]. 따라서 CO₂ 생성 측정 대부분의 상황에서 가장 적절한 생분해 척도로 간주됩니다. 이 표준은 방출된 CO₂의 양을 측정하여 궁극적인 호기성 생분해성을 결정하는 절차를 지정합니다. 및 통제된 퇴비화 조건에서 시험 물질의 생분해 정도의 백분율. 퇴비화 접종물은 5 mm 미만의 크기로 체질한 MSW의 유기 분획에서 얻었습니다. 그 후, 미세 분획을 접종물로 사용하였다. 표 1은 퇴비화 접종물의 결정된 물리화학적 특성을 보여줍니다. 각 테스트에서 일련의 퇴비화 반응기(각 샘플은 3회 반복)에 15 g의 기준 물질(즉, 표준에서 제안한 미세결정질 셀룰로오스(MCE)) 또는 테스트 물질(각 필름에 무게를 가하고 라벨을 붙였습니다. 분해), 접종원 85 g, 건조한 바다 모래 320 g(접종원 내부에 양호한 균질한 조건과 개선된 호기성 환경 제공). 이후 90 일의 실험 시간 동안 58 ± 2 °C에서 빛이 없는 인큐베이터에 반응기를 넣었다. 포화 CO₂를 사용하여 폭기가 시작되었습니다. - 자유로운 공기 각 반응기를 통한 유속은 25 mL·min^-1 로 설정되었습니다. . 모든 반응기의 습도, 혼합 및 폭기는 GB/T19277–2003/ISO 14855-12,005 요구 사항에 따라 설정된 대로 제어되었습니다. 정해진 시간에 각 샘플의 3~4개의 표본을 선택하고 증류수로 세척하고 일정한 무게가 될 때까지 최소 24시간 실온에서 건조합니다.

CO₂ 생분해 과정에서 발생하는 물질은 NaOH 용액에 포획되어 적정법을 사용하여 일정한 간격으로 측정되었습니다. NaOH를 페놀프탈레인 종말점까지 표준 HCl 용액으로 적정하였다. 총 CO₂ 대조 플라스크를 참조하여 생분해 동안 진화된 양을 계산했습니다. 각 샘플에 대해 보고된 데이터는 3개의 샘플에서 얻은 평균값입니다.

특성화

현미경 검사

5 kV에서 작동하는 Philips FEI INSPECT F 기기를 사용하여 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 얻었습니다. 모든 시편은 분석 전에 금으로 스퍼터 코팅되었습니다.

열 분석

샘플의 열적 특성은 시차 주사 열량계(DSC)(TA Q20, TA Instruments)에 의해 연구되었습니다. 온도 기록은 질소 흐름(50 mL/min) 하에서 실온에서 200°C까지 및 200에서 - 50°C까지의 온도 범위에서 각각 10 °C/min의 가열 및 냉각 속도로 얻어졌습니다.

XRD 연구

X선 회절(XRD) 분석은 Cu Kα가 장착된 DX-1000 X선 회절계(Dandong Fanyuan Instrument Co. LTD. China)를 사용하여 수행되었습니다 (λ =0.154 nm) 소스. 발전기는 25 mA 및 40 kV에서 작동되었습니다. 샘플은 6°/min의 스캔 속도로 다양한 각도(2~70°)로 스캔되었습니다.

생분해율 측정(D _그 , %)

생분해율(D _그 , %)는 식을 사용하여 계산할 수 있습니다. 1, 식과 같이 채택되었다. 2 [1, 40].

$$ {D}_t\left(\%\right)=\frac{{\left({\mathrm{CO}}_2\right)}_T-{\left({\mathrm{CO}}_2\right )}_B}{{\mathrm{Th}}_{\mathrm{CO}2}}\times 100 $$ (1)

여기서 (CO₂ )_T CO₂의 양입니다. (g/flask 단위) 테스트 재료에서 진화, (CO₂ )_나 CO₂의 양입니다. (g/flask 단위) 대조 플라스크에서 발생하고 Th_CO2 이론적인 CO₂ 고분자 물질에 의해 생성되는 양.

이론적 CO₂ 각 플라스크에서 생산할 수 있는 양(Th_CO2 , g² /g 샘플)은 다음 방정식을 사용하여 계산되었습니다.

$$ {\mathrm{Th}}_{\mathrm{CO}2}={M}_{\mathrm{TOT}}\times {C}_{\mathrm{TOT}}\times \frac{44} {12} $$ (2)

여기서 M _총 실험 시작 시 퇴비화 플라스크에 첨가된 건조 고분자 고체 물질의 총 중량(g), C _총 는 샘플의 총 건조 고분자 고체에 있는 총 유기 탄소의 중량(g)이고 44와 12는 CO₂의 분자량입니다. 및 원자 질량 C , 각각.

분자량 측정

퇴비화 전후 PLA 나노복합체의 분자량은 GPC를 통해 측정하였다. GPC 시스템에는 Waters 1515 Isocratic HPLC 펌프, Waters 2414 굴절률 검출기 및 Waters 717 plus 자동 시료 주입기가 장착되어 있습니다. 클로로포름은 30 °C에서 0.8 mL/분의 유속으로 용리액으로 사용되었습니다. 보정은 폴리스티렌 표준으로 수행되었습니다.

결과 및 토론

폴리머 열화는 색상, 표면 형태 및 기계적 특성과 같은 특성의 변화와 관련이 있습니다. 순수 PLA 및 PLA/TiO₂의 외관상의 시간적 변화 나노복합체는 실험실 조건에서 달랐습니다. 무정형 구조와 일치하여 초기에 투명했던 순수한 PLA 매트릭스 표면은 2일의 생분해 후에 상대적으로 희게 되었습니다[41]. 이 기능은 10일 후 완전히 불투명해질 때까지 배양 시간에 따라 증가했습니다. 30일 이후에 깨끗한 PLA 필름 표면에 수분 투과 및 미생물 배양으로 인한 황색 내지 암갈색 플라크가 관찰되기 시작했습니다. 그러나 6일 후 PLA 나노복합체 표면에 넓은 면적의 암갈색 플라크가 나타났습니다(그림은 표시되지 않음). 갈색 반점은 미생물 군집을 의미하고 균열은 생분해 효과를 나타냅니다. 그림 1은 PLA와 TiO₂의 표면 형태를 보여줍니다. SEM 관찰에서 나노복합체. 열화 전 표면은 순수 PLA/TiO₂ 나노복합체는 매끄러웠다. Neat PLA는 퇴비 조건에서 5 일의 생분해 후 표면에 큰 변화를 나타내지 않았습니다. 20 일 후에 순수 PLA의 표면 거칠기가 증가했습니다(그림 1a, a'). 그러나 PLA/TiO₂ 나노복합체는 PLA/TiO₂의 상당한 분해를 분명히 보여주는 점진적인 변화를 나타냈습니다. 합성이 일어났다. 나노복합체 표면에서 명백한 균열과 공극(각각 그림 1b, b', c, c', d, d')이 관찰되었습니다. 이것은 PLA의 가수분해와 미생물 활동에 기인할 수 있습니다. 배양 시간이 증가함에 따라 균열과 공극은 상당히 깊고 커졌으며(각각 그림 1b', c' 및 d'), 시간이 지남에 따라 사슬 손실과 표면 침식이 있음을 시사합니다. 모든 시험 재료의 벌크 침식 현상은 PLA 및 PLA/TiO₂의 가수분해 분해 과정과 유사했습니다. 나노복합체[17].

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순수 PLA 표면의 SEM 사진(a ⁰ , a , 아' ), PLA/TiO₂ –2 (b ⁰ , b , b' ), PLA/TiO₂ –5(c ⁰ , ㄷ , ㄷ' ) 및 PLA/TiO₂ –8(d ⁰ , d , d' ) 배양 시간의 함수로서의 나노복합체. 아 ⁰ , b ⁰ , ㄷ ⁰ , d ⁰ :0 일; 아 , b , ㄷ , d :5 일; 아 , b' , ㄷ' , d' :20 일

PLA 및 PLA/TiO₂의 결정도 평가 나노복합체가 생분해되는 동안, 다양한 배양 시간에 선택된 샘플의 열적 특성을 분석했습니다(그림 2 및 3). 그림 2는 유리 전이 온도(T _g ) 분해 시간에 따라 모든 샘플에서 약간 감소했습니다. T 감소 _g 생분해 동안 올리고머 조각과 물의 가수분해 과정과 가소화 효과의 결과로 분자의 이동성이 향상되었기 때문입니다[33, 42]. 저온 결정화 피크의 소멸(T _참조 ) 2일 후에 모든 샘플에 대해 PLA의 가수분해와 폴리머 매트릭스의 결정도의 급격한 증가에 기인할 수 있습니다[43]. T 감소 _m 빠른 분자 질량 감소에 기인합니다[44, 45]. 바이모달 융해 피크는 점차 모노모달 피크로 바뀌었고, 이는 작고 불완전한 결정이 분해 시간과 함께 사라지는 것을 의미합니다. 이 결과는 통제된 퇴비화 조건에서 분해 초기 단계에서 PLA의 분해가 무정형 영역에서 빠르게 진행됨을 입증했습니다. 냉각 스캔(그림 3 참조)은 순수 PLA의 결정화 피크가 점진적으로 증가했음을 보여줍니다. 그러나 PLA/TiO₂의 결정화 피크는 나노복합체는 초기에 상당히 증가하였고 이후 배양 시간이 증가함에 따라 약간 감소하였다. 또한, 나노필러 함량이 높을수록 결정화 피크가 피크에 더 일찍 도달했습니다. 결정화 피크의 감소는 비정질 영역의 분해 이후 결정질 영역이 열화되기 시작함을 추가로 확인하였다. Giuliana와 Roberto[42]는 PLA 샘플의 경우 짧은 시간에 일부 비정질 영역이 결정으로 변한 다음 비정질 부분의 침식 효과로 인해 결정도가 증가한다고 보고했습니다. 더욱이, 결정질 영역은 오랜 시간 동안 가수분해를 겪는다.

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순수 PLA 및 PLA/TiO₂의 생분해 제품의 DSC 온도 기록도 다양한 배양 시간의 나노복합체, 첫 번째 가열 스캔

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생분해된 순수 PLA 및 PLA/TiO₂의 DSC 써모그램 다양한 배양 시간의 나노복합체, 냉각 스캔

XRD는 분해 중 중합체의 결정화 변화를 모니터링하는 이상적인 방법을 제공합니다. PLA와 그 나노복합체의 XRD 패턴(그림 4)은 고분자 매트릭스가 생분해되기 전에 비정질 구조를 유지한다는 것을 보여줍니다. 2일 후에만 2θ에서 두 번의 강력한 피크 =16.4, 18.5°, 20.9°, 23.6°가 뚜렷하게 나타나며 배양 시간에 따라 강도가 증가하였다. 이 결과는 poly(L-lactide) 또는 poly(D-lactide) 유형의 결정 구조가 형성되었음을 의미한다[46, 47]. 결정질 피크의 변화는 비정질 영역이 결정질 영역보다 더 빠르게 열화됨을 나타내어 결정질 대 비정질 영역 비율 값을 증가시켰다. 이 결과는 DSC 결과 및 샘플의 투명도 변화와 일치했습니다.

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순수 PLA 및 PLA/TiO₂의 XRD 패턴 다양한 배양 시간에서의 나노복합체

퇴비화 조건에서 생분해되는 동안 접종물 밸리데이션의 평가가 중요합니다. 접종원의 활성은 표준 방법에 따라 측정되었습니다:D _그 45일의 테스트가 끝날 때 참조 자료의 70% 이상이어야 합니다. 그림 5의 삽입물은 MCE가 5일 후에 생분해되기 시작하고 45일의 배양이 끝날 때 생분해 비율이 최대 72%임을 보여줍니다. 이러한 결과는 실험에서 MCE가 참조 물질로 효과적임을 나타냅니다. 실험에서 중복 퇴비화 용기는 좋은 재현성을 보였다(표준편차 ± 1.3%). 그림 5는 D를 보여줍니다. _그 깔끔한 PLA 및 PLA/TiO₂용 배양 중 나노복합체. PLA 및 PLA/TiO₂에서도 유사한 거동이 관찰되었습니다. 나노복합체, 즉 지연 단계가 먼저 관찰된 후 생분해의 급격한 선형 증가가 뒤따르고 모든 샘플에 대해 안정기가 이어집니다. 증가의 가파름은 증가된 저하를 나타내야 합니다. 그러나 곡선은 나노복합체의 지연 단계가 순수 PLA의 지연 단계보다 약간 짧음을 나타냅니다. 이 결과는 TiO₂의 존재를 나타냅니다. , 어느 정도 분해의 초기 단계를 가속화하고 CO₂의 비율을 증가시켰습니다. 잠복기가 끝날 때 생산됩니다. 통제된 퇴비화 조건에서 80일의 배양 후, D _그 PLA, PLA/TiO₂용 –1, PLA/TiO₂ –2, PLA/TiO₂ –5, PLA/TiO₂ –8 및 PLA/TiO₂ -15는 각각 78.9, 86.9, 92.0, 97.8, 91.3 및 85.0%까지 도달했습니다. Kuniokaet al. [48] PLA의 최종 생분해성은 80%라고 보고하였다. 우리 실험의 결과는 D _그 상업적으로 순수한 PLA 제품의 비율도 80일 말에 거의 80%였습니다. D 감소 _그 PLA/TiO₂부터 시작 –8은 TiO₂의 강렬한 응집으로 인한 것입니다. 함량이 8 wt%를 초과할 때 [16]. 자세한 내용은 다음 섹션에 나와 있습니다.

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순수 PLA 및 PLA/TiO₂의 배양 시간에 따른 생분해 비율 나노복합체. 삽입물은 시간에 따른 미세결정질 셀룰로오스의 생분해율입니다.

다른 비율의 생분해는 폴리머 매트릭스의 다른 분자량 변화와 관련이 있습니다. 그림 6은 배양 시간에 따른 샘플의 분자량 변화를 보여줍니다. 곡선은 PLA/TiO₂에서 Mn의 변화를 보여줍니다. 나노복합체는 적어도 결정된 인큐베이션 시간에서 유사했습니다(즉, Mn의 급격한 감소에 이어 거의 일정한 Mn의 안정기 단계). 나노충전재의 추가로 인한 분해 메커니즘을 조사하기 위해 생성된 카르복실산 말단기에 의한 자가촉매를 설명하는 모델을 사용하여 참고문헌 [17, 49]에 따라 촉매 분해 속도 상수를 계산했습니다.

$$ \ln {M}_{nt}=\ln {M}_{n0}- kt $$ (3)

여기서 k 촉매 가수분해 분해 속도 상수, M _n0 분해 전의 수평균 분자량, M _안 는 항상 수평균 분자량입니다.

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순수 PLA 및 PLA/TiO₂에 대한 시간 함수로서의 Mn 변화 나노복합체

카 식에 의해 평가된 값 (3)은 그림 7에 표시되어 있습니다. 그림 7에서 PLA 및 PLA 나노복합체의 분해 속도는 각각 2상 및 3상으로 식별될 수 있습니다. Mn은 처음 8 일 동안 급격히 감소한 후 순수한 PLA에 대해 안정기가 이어졌습니다. PLA/TiO₂용 나노복합체, k의 가장 높은 값 M _n 첫 번째 단계(즉, 0일에서 4일)에서 급격히 감소했습니다. 다음 5~24일은 두 번째 단계에 해당하며 k의 값은 첫 번째 단계에 비해 약간 감소했습니다. 몇몇 연구[13, 50]는 PLA의 결정질 부분이 무정형 부분보다 분해에 더 저항적이라는 것을 보여주었습니다. 따라서 k의 감소 이 단계에서 PLA 매트릭스의 결정도 증가로 인해 발생할 수 있습니다. 24일(즉, 마지막 단계) 후 k 값 다시 감소했습니다. 이 단계에서 폴리머는 올리고머 조각이나 젖산으로 완전히 분해되고 미생물은 나머지 물질을 광물화하여 지속적으로 CO₂를 생성합니다. .

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순수 PLA 및 PLA/TiO₂에 대한 생분해 속도 대 배양 시간 나노복합체

퇴비화 조건에서 PLA의 생분해 경향에 영향을 미치는 요인은 PLA/TiO의 분해를 제어합니다₂ 나노복합체. g-TiO₂의 양이 PLA 매트릭스에 균질하게 분산되어 있는 물 분자는 샘플 내로 쉽게 침투하여 분해 과정을 촉발합니다[17]. 결과적으로, Mn은 제1상에서 실질적으로 감소하였다. CO₂의 지연 단계의 진화 이 기간 동안 PLA와 그 나노복합체의 경우 미생물이 광물화하기 위해 적절한 폴리머 사슬이 필요하다는 것을 보여주었습니다. 배양 시간이 증가함에 따라 비정질 영역의 고분자 사슬이 분해되고 비정질 영역의 수가 감소했습니다. 따라서 비정질 영역에 대한 결정질의 백분율(즉, χ_c ) 증가 [39], 결과적으로 k 감소 두 번째 단계에서. 그러나 이 단계에서 올리고머 조각이 미생물에 의해 광물화되기 시작하여 PLA 광물화를 위한 생산 단계가 발생했음을 나타냅니다. 남아있는 올리고머 조각의 감소와 χ_c의 증가 , 카 그리고 디 _그 감소하고 k 동안 거의 긴 안정기가 관찰되었습니다. 그리고 디 _그 세 번째 단계에서. 우리의 이전 연구[16]에서 각 나노복합체의 형태는 SEM 및 TEM을 통해 보고되고 결정되었습니다. 결과는 g-TiO₂의 분산이 PLA/TiO₂에서 5 wt% 미만 나노복합체는 고농도의 나노충전재로 얻은 것보다 더 우수했습니다. TiO₂의 분산 및 함량 측면에서 , PLA/TiO₂ -5는 가장 큰 k를 가졌습니다. 그리고 디 _그 실험에서 다른 나노복합체와 비교했습니다.

결론

PLA/TiO₂ 나노복합체가 준비되었습니다(PLA 및 기능화된 g-TiO₂ 기반). ) 통제된 퇴비화 조건에서 생분해됩니다. 이러한 표준을 사용하여 샘플 표면의 패턴 정보와 결정도의 급격한 증가는 PLA 및 PLA/TiO₂ 나노복합체는 이질적인 생분해 메커니즘을 가지고 있습니다. 퇴비화 조건에서 나노복합체의 분해 연구는 기능화된 티타니아 나노입자(PLA/TiO₂ ). TiO₂ 추가 나노 입자는 물 분자가 PLA/TiO₂에 쉽게 침투하기 때문에 PLA 매트릭스의 분해 속도를 증가시켰습니다. 나노복합체로 분해 과정을 활성화합니다. 이 현상은 PLA/TiO₂에서 특히 분명했습니다. 높은 TiO₂ 때문에 –5 TiO₂의 함량 및 우수한 분산 PLA 매트릭스의 나노필러는 다른 나노복합체와 비교됩니다.