Study of polylactide stereocomplex formation with combined Raman spectroscopy and rheology
Aplikace | 2022 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Polylaktid (PLA) je biologicky odbouratelný polymer s širokým potenciálem v balení, biomedicíně a spotřebě, avšak jeho pomalá krystalizace a nízká teplota skelného přechodu (~63°C) omezují použití ve vyhřátých nebo mechanicky náročných aplikacích. Stereokomplex PLA-sc vznikající spojením enantiomerních řetězců PLLA a PDLA zvyšuje teplotu tání na ~230–235°C a zlepšuje mechanické vlastnosti.
Tato studie využívá unikátní kombinaci Ramanovy spektroskopie a reologie (HAAKE MARSXR Rheo-Raman System) k in situ sledování kinetiky tvorby PLA-sc během tavení a smykového namáhání. Hlavním cílem je kvantifikovat vliv parametrů jako rychlost smyku a teplota na indukční dobu a rychlost krystalizace stereokomplexu.
Vzorky obsahovaly směs ve stechiometrickém poměru PLLA a PDLA s rozdílným indexem taveniny (MFI) pro série HW (14–15 g/10 min) a LW (30–40 g/10 min). Po rozemletí a prosátí na částice ~1 mm byly směsi vytaveny mezi deskami reometru při 240°C, poté ochlazeny na 190–210°C. Aplikován byl předsmyk při rychlostech 0–220 s⁻¹ po dobu 15 s a následně malé amplitudové oscilatorní smykové testy (SAOS, 100 Pa, 6,28 rad/s, mezera 1 mm) pro sběr dat G′, G″ a η* v čase. Ramanova spektra byla získávána simultánně na hraně horní destičky.
Ramanova analýza ukázala posun C=O pásu z 1772 cm⁻¹ na 1754 cm⁻¹ při vzniku PLA-sc. Bez předsmyku se tvorba stereokomplexu v rámci experimentu (1800 s) neprojevila. Zvýšení rychlosti smyku zkracuje indukční dobu tvorby PLA-sc, což bylo potvrzeno i pomocí normalizovaných průběhů G′ (G′_norm). Křivky G′ a Ramanův index I′ vykazují shodnou kinetiku růstu krystalů.
Systém Rheo-Raman nabízí jedinečnou možnost optimalizace procesních podmínek (teplota, rychlost smyku) pro průmyslovou výrobu PLA-sc s lepšími termomechanickými vlastnostmi. Metoda umožňuje rychlé nastavení parametrů pro kontinuální a dávkové zpracování.
Očekává se rozšíření této kombinované analýzy na další stereokomplexy a biodegradovatelné polymerní systémy, využití kontinuálních procesů a vylepšení instrumentace pro vyšší teploty a tlaky. Dále lze kombinovat s jinými spektroskopickými a difrakčními technikami pro hlubší pochopení struktury.
Kombinace reologie a Ramanovy spektroskopie pro in situ sledování tvorby PLA-sc prokázala, že rychlost smyku je klíčovým faktorem pro zkrácení indukční doby a urychlení krystalizace. HAAKE MARSXR Rheo-Raman System představuje efektivní nástroj pro vývoj a optimalizaci výrobních procesů stereokomplexních polymerů.
RAMAN Spektrometrie, Reometrie
ZaměřeníMateriálová analýza
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Polylaktid (PLA) je biologicky odbouratelný polymer s širokým potenciálem v balení, biomedicíně a spotřebě, avšak jeho pomalá krystalizace a nízká teplota skelného přechodu (~63°C) omezují použití ve vyhřátých nebo mechanicky náročných aplikacích. Stereokomplex PLA-sc vznikající spojením enantiomerních řetězců PLLA a PDLA zvyšuje teplotu tání na ~230–235°C a zlepšuje mechanické vlastnosti.
Cíle a přehled studie
Tato studie využívá unikátní kombinaci Ramanovy spektroskopie a reologie (HAAKE MARSXR Rheo-Raman System) k in situ sledování kinetiky tvorby PLA-sc během tavení a smykového namáhání. Hlavním cílem je kvantifikovat vliv parametrů jako rychlost smyku a teplota na indukční dobu a rychlost krystalizace stereokomplexu.
Použitá metodika
Vzorky obsahovaly směs ve stechiometrickém poměru PLLA a PDLA s rozdílným indexem taveniny (MFI) pro série HW (14–15 g/10 min) a LW (30–40 g/10 min). Po rozemletí a prosátí na částice ~1 mm byly směsi vytaveny mezi deskami reometru při 240°C, poté ochlazeny na 190–210°C. Aplikován byl předsmyk při rychlostech 0–220 s⁻¹ po dobu 15 s a následně malé amplitudové oscilatorní smykové testy (SAOS, 100 Pa, 6,28 rad/s, mezera 1 mm) pro sběr dat G′, G″ a η* v čase. Ramanova spektra byla získávána simultánně na hraně horní destičky.
Použitá instrumentace
- Ramanův spektrometr Thermo Scientific DXR3 Flex
- Rotacionální reometr Thermo Scientific HAAKE MARS 40
Hlavní výsledky a diskuse
Ramanova analýza ukázala posun C=O pásu z 1772 cm⁻¹ na 1754 cm⁻¹ při vzniku PLA-sc. Bez předsmyku se tvorba stereokomplexu v rámci experimentu (1800 s) neprojevila. Zvýšení rychlosti smyku zkracuje indukční dobu tvorby PLA-sc, což bylo potvrzeno i pomocí normalizovaných průběhů G′ (G′_norm). Křivky G′ a Ramanův index I′ vykazují shodnou kinetiku růstu krystalů.
Přínosy a praktické využití metody
Systém Rheo-Raman nabízí jedinečnou možnost optimalizace procesních podmínek (teplota, rychlost smyku) pro průmyslovou výrobu PLA-sc s lepšími termomechanickými vlastnostmi. Metoda umožňuje rychlé nastavení parametrů pro kontinuální a dávkové zpracování.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se rozšíření této kombinované analýzy na další stereokomplexy a biodegradovatelné polymerní systémy, využití kontinuálních procesů a vylepšení instrumentace pro vyšší teploty a tlaky. Dále lze kombinovat s jinými spektroskopickými a difrakčními technikami pro hlubší pochopení struktury.
Závěr
Kombinace reologie a Ramanovy spektroskopie pro in situ sledování tvorby PLA-sc prokázala, že rychlost smyku je klíčovým faktorem pro zkrácení indukční doby a urychlení krystalizace. HAAKE MARSXR Rheo-Raman System představuje efektivní nástroj pro vývoj a optimalizaci výrobních procesů stereokomplexních polymerů.
Reference
- European Bioplastics Association Facts and Figures, 2021
- K. S. Anderson, M. A. Hillmyer, Melt preparation and nucleation efficiency of polylactide stereocomplex crystallites, Polymer, 47(6), 2006
- H. Tsuji, Poly(lactic acid) stereocomplexes: A decade of progress, Advanced Drug Delivery Reviews, 107, 2016
- H. Tsuji, S. Hyon, Y. Ikada, Stereocomplex formation between enantiomeric poly(lactic acid)s. 4. DSC studies on precipitates from mixed solutions of poly(D-lactic acid) and poly(L-lactic acid), Macromolecules, 24, 1991
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
From waste to performance: Reactive extrusion upcycling validated by rheology and chemical (FTIR) imaging
2026|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application note From waste to performance: Reactive extrusion upcycling validated by rheology and chemical (FTIR) imaging Authors Introduction Lucivan P Barros Jr & Ron L Rubinovitz Global plastic production exceeds 400 million tons annually, Thermo Fisher Scientific with polypropylene among…
Klíčová slova
reactive, reactiveinterfacial, interfacialmodulus, modulusblend, blendcompatibilization, compatibilizationmpa, mpadistributive, distributivelvr, lvrtensile, tensilerpp, rppstress, stressrheological, rheologicalftir, ftirmixing, mixingnon
Real-time monitoring of polymer extrusion using a process Raman analyzer integrated with a twin-screw extruder
2025|Thermo Fisher Scientific|Ostatní
White paper Real-time monitoring of polymer extrusion using a process Raman analyzer integrated with a twin-screw extruder Authors In addition to polymeric applications, twin-screw extruders Janam Pandya, Application Scientist, are commonly used in pharmaceutical applications for mixing Vibrational Spectroscopy active…
Klíčová slova
raman, ramanldpe, ldpeextruder, extruderpla, plaextruded, extrudedmarqmetrix, marqmetrixextrusion, extrusionpolymer, polymerintensity, intensityspectroscopy, spectroscopypellets, pelletsthreaded, threadedprocess, processscrew, screwmaterial
Investigating cocoa butter crystallization using rheology and Raman spectroscopy
2024|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application note Investigating cocoa butter crystallization using rheology and Raman spectroscopy Authors Application benefits Nathan C. Crawford and Mohammed Simultaneous rheology and Raman spectroscopy (RheoRaman) measurements Ibrahim Thermo Fisher Scientific were used to examine the isothermal crystallization of cocoa butter…
Klíčová slova
raman, ramanrheoraman, rheoramanrheology, rheologyrheological, rheologicalspectroscopy, spectroscopycrystalline, crystallineisothermal, isothermalmorphological, morphologicalstretching, stretchingunleashed, unleashedhaake, haakebrittleness, brittlenessindicates, indicateswere, werecps
The Modular Compact Rheometer Series MCR Evolution
2024|Anton Paar|Brožury a specifikace
The Modular Compact Rheometer Series MCR Evolution MCR: Your Future-Proof Rheometer Rheometers from the market leader 10,000+ installations worldwide 15 rheometer models The MCR rheometer series from the market leader Anton Paar offers you one thing first and foremost: an…
Klíčová slova
rheometer, rheometerrheological, rheologicalmcr, mcrrheology, rheologymeasuring, measuringgeometries, geometriesshear, shearmotor, motortemperature, temperaturetorque, torqueextensional, extensionalaccessories, accessoriesdevice, devicecustomized, customizedavailable