Fig. 1. Schematic representation of PLLA-grafted XG adsorbed to the surface of a
cellulose fiber.
aim of preparing a novel graft copolymer compatibilizer for cellulose fiber/PLLA composites. The resulting material will have a fiber-binding domain based on XG and a polymer-binding domain of grafted PLLA chains (see Fig. 1). Recently, grafting of polymethylmethacrylate (PMMA) on XG was performed using polymethyl cericion-initiated polymerization (Mishra & Malhotra, 2012).Among different possible grafting procedures, a ‘grafting from’approach is used in the present study, where the polymerization is initiated from the surface of XG and the PLLA chains grow by addition of monomers. Ring-opening polymerization (ROP) is a technique used for the polymerization of cyclic monomers and has been successfully used for grafting PLLA chains onto cellulose surfaces
(Lonnberg et al., 2006; Yuan, Yuan, Zhang, & Xie, 2007). The present study will focus on the use of a ROP technique to graft PLLA chains from XG. The study will investigate different polymerization conditions and effects from the XG substrate structure. To
our best knowledge, this type of approach has not previously been used to prepare a high molar mass graft copolymer compatibilizer for PLLA. The advantage is that the polysaccharide may physically adsorb to the cellulose surface, similarly to XG/cellulose interfaces in the native state in the primary cell wall of plants.
2. Experimental
2.1. Materials
Xyloglucan (industrially purified, having a weight-average molecular mass of around 1.5 MDa, and containing nearly 10% impurities, mostly proteins) was provided by Innovassynth Technologies Ltd. (India) and was purified following a standard procedure (Kochumalayil et al., 2010). In a related experiment,XG was enzymatically treated to partially remove galactose by using -galactosidase (from Aspergillus oryzae, Sigma Aldrich) (Kochumalayil et al., 2010; Shirakawa, Yamatoya, & Nishinari,1998). The extent of galactose removal was around 30% compared to the amount present in native XG as obtained from high performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection (HPACEPAD) analysis of xyloglucooligosaccharides and the procedure details are reported elsewhere
(Baumann et al., 2007; Kochumalayil et al., 2010). l-Lactide (LLA),obtained from Sigma Aldrich, was recrystallized from dry toluene.Chloroform (CHCl3), methanol (MeOH), benzyl alcohol and tin(II)ethylhexanoate (Sn(Oct)2) were purchased from conventional suppliers
and used as received.
2.2. Grafting of XG via ROP of LLA
PLLA chains were grafted from XG surfaces following the procedure:XG (0.5 g) and recrystallized LLA (25 g) were dissolved into a round-bottom flask containing dry toluene (around 40 mL). The sacrificial initiator, benzyl alcohol, was added (60 L for a target DP of 300) and the flask was then sealed with a rubber septum and degassed by three vacuum/argon cycles. The mixture was stirred and heated to 110 ◦C, and subsequently the catalyst, Sn(Oct)2, was added (0.4 mL). The polymerization reaction was allowed to proceed for about 2 h and proton nuclear magnetic resonance (1HNMR) was used to estimate the conversion of the monomer. In order to achieve a compromise between a minimized extent of trans-esterification reactions, and to maintain fairly high conversion,the reactions were stopped at a conversion of around 90%.Due to the presence of benzyl alcohol, free PLLA chains are formed during the reaction, the length of which is assumed to be the same as the grafted chains (Lonnberg et al., 2006). The PLLA chains were analyzed with 1H NMR and size exclusion chromatography (SEC).
Fig. 2 shows a simplified scheme of the reaction.
2.3. Characterization
2.3.1. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)
FTIR was performed on a Perkin-Elmer Spectrum 2000 FTIR equipped with a MKII Golden Gate, Single Reflection ATR system from Specac Ltd, London, UK. The spectral range was
600–4000 cm−1. The spectra were normalized against a specific ATR crystal absorption, allowing a comparison between the spectra.
2.3.2. Proton nuclear magnetic resonace (1H NMR)
1H NMR spectra were recorded on a Bruker AM 400 using CDCl3 as solvent. The solvent signal was used as an internal standard. The conversion of the polymerization reaction was estimated from the signals at 5.2 ppm ( CH(CH3)O , polymer repeating unit) and
5.0 ppm (O CH, monomer). The molecular weights (Mn) of the free PLLA were estimated from the degrees of polymerization (DPs)obtained from 1H NMR. The DPs were calculated from the signals at 5.2 ppm ( CH(CH3)O , repeating unit) and 4.3 ppm ( CH(CH3)OH,end group) (Janata et al., 2003).
2.3.3. Size exclusion chromatography (SEC)
SEC was used to determine the molecular weights and polydispersity index values of the PLLA formed during the ROP.The polymers were analyzed with a Verotech PL-GPC 50 Plus
มะเดื่อ. 1. แผนผังแสดง PLLA กราฟต์ XG ดูดซับกับพื้นผิวของการให้
เส้นใยเซลลูโลส.
จุดมุ่งหมายของการเตรียมความเข้ากันได้เป็นนวนิยายกราฟต์โคโพลิเมอร์เส้นใยเซลลูโลส / คอมโพสิต PLLA วัสดุที่เกิดจะมีโดเมนใยผูกพันอยู่บนพื้นฐานของ XG และโดเมนลิเมอร์ที่มีผลผูกพันของทาบโซ่ PLLA (ดูรูปที่ 1). เมื่อเร็ว ๆ นี้การปลูกถ่ายอวัยวะของ polymethylmethacrylate (PMMA) บน XG ถูกดำเนินการโดยใช้ลิ cericion ที่ริเริ่มพอลิเมอ (Mishra & Malhotra 2012) .Among ขั้นตอนการปลูกถ่ายอวัยวะที่เป็นไปได้ที่แตกต่างกัน 'from'approach การปลูกถ่ายอวัยวะที่ใช้ในการศึกษาปัจจุบันที่พอลิเมอจะเริ่ม จากพื้นผิวของ XG และโซ่ PLLA เติบโตโดยนอกเหนือจากโมโนเมอร์ แหวนเปิดพอลิเมอ (ROP) เป็นเทคนิคที่ใช้สำหรับพอลิเมอโมโนเมอร์ของวงจรและได้ถูกนำมาใช้ประสบความสำเร็จในการปลูกถ่ายอวัยวะโซ่ PLLA ลงบนพื้นผิวเซลลูโลส
(Lonnberg et al, 2006;. หยวนหยวนจางและ Xie, 2007) การศึกษาครั้งนี้จะมุ่งเน้นการใช้เทคนิค ROP ที่จะรับสินบนจากโซ่ PLLA XG การศึกษาจะตรวจสอบเงื่อนไขที่แตกต่างกันพอลิเมอและผลกระทบจากโครงสร้าง XG สารตั้งต้น เพื่อ
ความรู้ที่ดีที่สุดของเราประเภทของวิธีการนี้ไม่ได้ก่อนหน้านี้ถูกนำมาใช้ในการเตรียมการรับสินบนกรามมวลเข้ากันลิเมอร์สูงสำหรับ PLLA ข้อดีคือ polysaccharide ร่างกายอาจจะดูดซับไปยังพื้นผิวเซลลูโลสคล้าย ๆ กับอินเตอร์เฟซ XG / เซลลูโลสในรัฐพื้นเมืองในผนังเซลล์ของพืชหลัก.
2 การทดลอง
2.1 วัสดุ
Xyloglucan (บริสุทธิ์อุตสาหกรรมที่มีน้ำหนักเฉลี่ยมวลโมเลกุลประมาณ 1.5 ภาคตะวันออกเฉียงเหนือและมีสิ่งสกปรกเกือบ 10% ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโปรตีน) ถูกจัดให้โดย Innovassynth Technologies จำกัด (อินเดีย) และบริสุทธิ์ต่อไปนี้ขั้นตอนมาตรฐาน (Kochumalayil et al, 2010) ในการทดลองที่เกี่ยวข้อง XG ได้รับการรักษาเอนไซม์บางส่วนเอากาแลคโตโดยใช้ -galactosidase (จากเชื้อรา Aspergillus oryzae ซิกดิช) (Kochumalayil et al, 2010;. ชิรากาวะ Yamatoya และ Nishinari, 1998)? ขอบเขตของการกำจัดกาแลคโตอยู่ที่ประมาณ 30% เมื่อเทียบกับจำนวนเงินที่มีอยู่ใน XG พื้นเมืองที่ได้รับจากที่มีประสิทธิภาพสูงโครมาโตไอออนแลกเปลี่ยนที่มีการตรวจสอบ amperometric ชีพจร (HPACEPAD) การวิเคราะห์ของ xyloglucooligosaccharides และวิธีการที่รายละเอียดจะมีการรายงานในที่อื่น ๆ
(Baumann et al., 2007 ; Kochumalayil et al, 2010). L-แลคไทด์ (LLA) ที่ได้รับจากซิกดิชถูก recrystallized จาก toluene.Chloroform แห้ง (CHCl3), เมทานอล (เมธานอล), เบนซิลแอลกอฮอล์และดีบุก (II) ethylhexanoate (Sn (OCT) 2) กำลังซื้อจากซัพพลายเออร์ธรรมดา
และใช้ ในฐานะที่ได้รับ.
2.2 การปลูกถ่ายอวัยวะของ XG ผ่าน ROP ของ LLA
โซ่ PLLA ถูกทาบจากพื้นผิว XG ขั้นตอนต่อไปนี้: XG (0.5 กรัม) และ recrystallized LLA (25 กรัม) ละลายลงไปในขวดรอบด้านล่างมีโทลูอีนแห้ง (ประมาณ 40 มิลลิลิตร) ริเริ่มการเสียสละแอลกอฮอล์ benzyl เสริม (60 L สำหรับเป้าหมาย DP 300) และขวดถูกปิดผนึกไว้แล้วด้วยกะบังยางและ degassed โดยสามสูญญากาศ / รอบอาร์กอน ส่วนผสมที่ถูกกวนและให้ความร้อนถึง 110 ◦Cและต่อมาตัวเร่งปฏิกิริยา, SN (OCT) 2 ถูกเพิ่มเข้ามา (0.4 มิลลิลิตร) ปฏิกิริยาพอลิเมอได้รับอนุญาตให้ดำเนินการต่อไปประมาณ 2 ชั่วโมงและโปรตอนแม่เหล็กนิวเคลียร์ (1HNMR) ถูกใช้ในการประเมินการเปลี่ยนแปลงของโมโนเมอร์ที่ เพื่อให้บรรลุการประนีประนอมระหว่างระดับที่ลดลงของการเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเทและเพื่อรักษาแปลงที่ค่อนข้างสูงในการเกิดปฏิกิริยาได้หยุดอยู่ที่การแปลงประมาณ 90% .Due การปรากฏตัวของเบนซิลแอลกอฮอล์ที่เป็นโซ่ PLLA ฟรีจะเกิดขึ้นในช่วง ปฏิกิริยาความยาวของซึ่งเป็นที่สันนิษฐานว่าจะเป็นเช่นเดียวกับโซ่ทาบ (Lonnberg et al., 2006) โซ่ PLLA ถูกนำมาวิเคราะห์กับ 1H NMR และขนาดยกเว้น Chromatography ( ก.ล.ต. ).
รูป 2 แสดงให้เห็นรูปแบบที่เรียบง่ายของการเกิดปฏิกิริยา.
2.3 ตัวละคร
2.3.1 ฟูเรียร์อินฟราเรด (FTIR)
FTIR ได้ดำเนินการในเพอร์กินเอลเมอ Spectrum 2000 FTIR พร้อมกับ MKII Golden Gate สะท้อนเดี่ยวระบบ ATR จาก Specac Ltd, ลอนดอน, สหราชอาณาจักร ช่วงสเปกตรัมเป็น
600-4000 CM-1 สเปกตรัมถูกปกติกับการดูดซึมคริสตัล ATR เฉพาะที่ช่วยให้การเปรียบเทียบระหว่างสเปกตรัมได้.
2.3.2 โปรตอนนิวเคลียร์แม่เหล็ก resonace (1H NMR)
1H NMR สเปกตรัมที่ถูกบันทึกไว้ใน Bruker AM 400 ใช้ CDCl3 เป็นตัวทำละลาย สัญญาณตัวทำละลายที่ใช้เป็นมาตรฐานภายใน การแปลงของการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอได้รับการประเมินจากสัญญาณที่ 5.2 ppm (CH (CH3) โอลิเมอร์ซ้ำหน่วย) และ
5.0 ppm (O CH, โมโนเมอร์) น้ำหนักโมเลกุล (MN) ของฟรี PLLA ถูกประเมินจากองศาของพอลิเมอ (DPs) ที่ได้รับจาก 1H NMR DPs จะถูกคำนวณจากสัญญาณที่ 5.2 ppm (CH (CH3) O, การทำซ้ำหน่วย) และ 4.3 ppm (CH (CH3) OH กลุ่มจบ) (ประกันชีวิต et al., 2003).
2.3.3 ขนาดยกเว้น Chromatography ( ก.ล.ต. )
สำนักงานคณะกรรมการ ก.ล.ต. ที่ถูกใช้ในการกำหนดน้ำหนักโมเลกุลและค่าดัชนี polydispersity ของ PLLA ที่เกิดขึ้นในช่วงโพลิเมอร์ ROP.The ถูกนำมาวิเคราะห์ด้วย Verotech PL-GPC 50 พลัส
การแปล กรุณารอสักครู่..
รูปที่ 1 แสดงแผนผังของ plla โดยสามารถดูดซับบนผิวของเส้นใยเซลลูโลสจุดมุ่งหมายของการเตรียมนวนิยายกราฟต์โคพอลิเมอร์ต่อเบอร์ / plla เซลลูโลสคอมโพสิต ผลของวัสดุจะมีเส้นใยผูกโดเมนตาม XG และโดเมนของกราฟต์พอลิเมอร์ผูก plla โซ่ ( ดูรูปที่ 1 ) เมื่อเร็วๆ นี้ กราฟต์พอลิเมทิลเมทาคริเลต ( PMMA ) ในการเริ่มใช้ polymethyl XG cericion พอลิเมอไรเซชัน ( Mishra & ช , 2012 ) ระหว่างที่แตกต่างกันเป็นไปได้การขั้นตอนการ from"approach " ที่ใช้ในการศึกษา ซึ่งกระบวนการเริ่มจากพื้นผิวของ XG และ plla โซ่เติบโตนอกจากนี้โค . พอลิเมอไรเซชันแบบเปิดวงแหวน ( ROP ) เป็นเทคนิคที่ใช้สำหรับพอลิเมอไรเซชันของมอนอเมอร์ และแบบได้ใช้สำหรับการ plla โซ่ลงบนพื้นผิว เซลลูโลส( lonnberg et al . , 2006 ; หยวน หยวน จาง และ เซี่ย , 2007 ) การศึกษาในปัจจุบันจะเน้นที่การใช้เทคนิครอบการ plla โซ่จาก XG . การศึกษาจะศึกษาเงื่อนไขที่แตกต่างกันและผลกระทบจากกระบวนการ XG พื้นผิวโครงสร้าง เพื่อความรู้ที่ดีที่สุดของเรา ชนิดของวิธีการนี้ไม่ได้รับก่อนหน้านี้เคยเตรียมกราฟต์โคพอลิเมอร์ต่อมวลโมเลกุลสูงสำหรับ plla . ข้อดี คือ พอลิแซ็กคาไรด์จะดูดซับทางกายภาพเพื่อผิวเซลลูโลส ในทํานองเดียวกันกับ XG / เซลลูโลสอินเตอร์เฟซในรัฐพื้นเมืองในปฐมภูมิผนังเซลล์ของพืช2 . ทดลอง2.1 . วัสดุไซโลกลูแคน ( ทางอุตสาหกรรม บริสุทธิ์ มีน้ำหนักเฉลี่ยมวลโมเลกุลประมาณ 1.5 MDA และประกอบด้วยเกือบ 10 % ปลอมส่วนใหญ่เป็นโปรตีน ) โดย innovassynth เทคโนโลยีจำกัด ( อินเดีย ) และบริสุทธิ์ตามขั้นตอนมาตรฐาน ( kochumalayil et al . , 2010 ) ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับการทดลอง XG เป็น enzymatically ถือว่าบางส่วนเอากาแลกโตส โดยใช้ - galactosidase จาก Aspergillus oryzae , Sigma ดิช ) ( kochumalayil et al . , 2010 ; ชิราคาว่า ยามาโตยะและนิชินาริ , 1998 ) ขอบเขตของการกำจัด galactose คือประมาณ 30% เมื่อเทียบกับปริมาณที่มีอยู่ในพื้นเมือง XG ที่คำนวณได้จากแลกเปลี่ยนแอนไอออนโครมาโตกราฟีประสิทธิภาพสูงด้วยการตรวจหา ( สำคัญ hpacepad ) การวิเคราะห์ xyloglucooligosaccharides และขั้นตอนรายละเอียดจะรายงานในที่อื่น ๆ( Baumann et al . , 2007 ; kochumalayil et al . , 2010 ) l-lactide ( ล่า ) ที่ได้รับจาก ซิกม่า Aldrich เป็น recrystallized จากบริการโทลูน คลอโรฟอร์ม ( chcl3 ) , เมทานอล ( เมทิลแอลกอฮอล์ ) , แอลกอฮอล์และเบนซิน ( 2 ) ethylhexanoate ดีบุก ( Sn ( ต.ค. ) 2 ) ซื้อจากซัพพลายเออร์ที่ปกติและใช้เป็นรับ2.2 . สามารถผ่านรอบของการกล่าplla โซ่ถูกกราฟต์จาก XG พื้นผิวดังต่อไปนี้ขั้นตอน : XG ( 0.5 กรัม และ recrystallized ล่า ( 25 กรัม ) ละลายในขวดก้นกลมที่มีบริการโทลูอีน ( 40 ml ) เซ่นริเริ่ม , เบนซิลแอลกอฮอล์เพิ่ม ( 60 ลิตร สำหรับเป้าหมาย DP 300 ) และขวดเหล้าแล้วปิดผนึกด้วยยางกั้น degassed สูญญากาศ / อาร์กอนและสามรอบ ผสมส่วนผสมที่กวนและความร้อน 110 ◦ C และต่อมาตัวเร่งปฏิกิริยา SN ( ต.ค. ) , เพิ่ม ( 0.4 มิลลิลิตร ) การเกิดปฏิกิริยาได้รับอนุญาตให้ดำเนินการประมาณ 2 ชั่วโมง และโปรตอนนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ ( 1hnmr ) คือใช้ในการประมาณค่าการแปลงผันของโมโนเมอร์ เพื่อให้บรรลุการประนีประนอมระหว่างขอบเขตของปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันน้อยที่สุด และรักษาการเปลี่ยนแปลงค่อนข้างสูง ปฏิกิริยาหยุดการแปลงประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์ เนื่องจากการแสดงของเบนซิลแอลกอฮอล์ฟรี plla โซ่จะเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยา ความยาว ซึ่งสันนิษฐานได้ว่าเป็นเหมือนกราฟต์ โซ่ ( lonnberg et al . , 2006 ) การ plla โซ่วิเคราะห์ด้วย NMR 1H และขนาดยกเว้นโครม ( วินาที )รูปที่ 2 แสดงประยุกต์รูปแบบของปฏิกิริยา2.3 คุณลักษณะ2.3.1 . ฟูเรียร์ทรานฟอร์มอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี ( FTIR )( แสดงบนเพอร์กินเอลเมอร์ FTIR สเปกตรัม 2000 พร้อมระบบอินฟราเรดโกลเด้นเกท เอทีอาร์สะท้อนเดี่ยวจาก specac Ltd , ลอนดอน , สหราชอาณาจักร ช่วงสเปกตรัมคือ600 - 4 , 000 cm − 1 นี้เป็นปกติกับเฉพาะ ATR คริสตัลการดูดซึม ให้เปรียบเทียบสเปกตรัม .2.3.2 . โปรตอนนิวเคลียร์แมกเนติก resonace ( 1H NMR )1H NMR สเปกตรัมที่ได้ถูกบันทึกไว้ในบรุคเกอร์เป็น cdcl3 400 ใช้เป็นตัวทำละลาย สัญญาณตัวทำละลายที่ใช้เป็นมาตรฐานภายใน การแปลงของการเกิดปฏิกิริยาจะคำนวณจากสัญญาณที่ 5.2 ppm ( CH ( CH3 ) O , พอลิเมอร์ย้ำหน่วย ) และ5.0 ppm ( O ch monomer ) น้ำหนักอณู ( MN ) ของ plla ฟรีประมาณได้จากองศาของพอลิเมอไรเซชัน ( DPS ) ที่ได้รับจาก 1H NMR DPS ได้จากสัญญาณที่ 5.2 ppm ( CH ( CH3 ) O , ย้ำหน่วย ) และ 10 ppm ( CH ( CH3 ) โอ้ สิ้นสุดกลุ่ม ) ( ประกันชีวิต et al . , 2003 )2.3.3 . ขนาดยกเว้นโครม ( วินาที )วินาทีที่ใช้หาน้ำหนักโมเลกุลและค่าดัชนี polydispersity ของ plla เกิดขึ้นในระหว่างรอบ พอลิเมอร์ที่ได้วิเคราะห์ด้วย pl-gpc วีโรเทค 50 พลัส
การแปล กรุณารอสักครู่..