Registration Number
0825U002990, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
14-08-2025
popup.evolution
.
Title
Development of Plasticized Polylactide-Starch Materials
Author
Bozhena I. Kulish-Pelenska,
popup.head Volodymyr Y. Levytskyi
popup.opponent Nadiia V. Sova
popup.opponent Natalia I. Koretska
popup.review Volodymyr S. Moravskyi
popup.review Oleksandr M. Grytsenko
popup.rada
Lviv Polytechnic National University
Description
Актуальність теми. Модифікування крохмалю для надання полімерним матеріалам комплексу потрібних технологічних і експлуатаційних характеристик є актуальним у зв’язку з розширенням сфер їх застосування. Крохмаль як природний полімер у нативному стані має обмежену сумісність із термопластичними матрицями через високу гідрофільність, складну амілозно-амілопектинову структуру та схильність до ретроградації.
Наукова новизна. Встановлено фізико-хімічні закономірності отримання хімічно (ацетилювання) та фізико-хімічно (пластифікація гліцерином і епоксидованою соєвою оливою) модифікованого крохмалю, що дозволяє цілеспрямовано регулювати його структуру й поверхневі властивості. Доведено, що введення епоксидованої соєвої оливи сприяє гідрофобізації поверхні та змінам у конформації макромолекул завдяки перерозподілу міжмолекулярних взаємодій і частковому руйнуванню амілозо-амілопектинових зв’язків.
Обґрунтовано метод ацетилювання крохмалю за механізмом нуклеофільного заміщення, зі ступенем заміщення 0,12–0,31, із подальшою пластифікацією. Це знижує гідрофільність, підвищує сегментальну рухливість і сприяє розрихленню надмолекулярної структури. Віскозиметричні дослідження системи ацетильований крохмаль–полілактид у ДМСО за моделлю Флорі–Хагінса–Крігбаума дозволили оцінити параметри сумісності й переважаючі міжмолекулярні взаємодії залежно від співвідношення компонентів. Максимальна сумісність досягається за співвідношення ПЛА:крохмаль 1:1 мас. ч.
Вперше визначено вплив фізико-хімічних і технологічних чинників на модифікування крохмалем полілактидних композитів з епоксидованою соєвою оливою. Це дозволило отримати термопластичні матеріали з регульованими теплофізичними, пружно-пластичними, механічними властивостями й підвищеним ступенем біодеградації.
Практична цінність. Досліджено вплив вмісту модифікованого крохмалю й пластифікатора на сорбційні властивості, вологопоглинання й біодеградацію у взаємозв’язку зі змінами структури. Показано, що біодеградація відбувається шляхом гідролізу естерних зв’язків і супроводжується зміною коефіцієнтів дифузії, водопоглинання, швидкості й глибини руйнування. Сканувальна електронна мікроскопія, ІЧ-спектроскопія, рентгено- й термоаналіз підтвердили вплив модифікованого крохмалю на морфологію, теплофізичні й механічні властивості полілактидних композитів.
Обґрунтовано ефективні методи хімічного (ацетилювання) та фізико-хімічного (пластифікація) модифікування крохмалю й створення на його основі композитів з ПЛА із керованою біодеградацією, водопоглинанням і потрібними експлуатаційними характеристиками. Залежно від природи пластифікатора й умов обробки змінюються гідрофобність (зменшення вологопоглинання на 5–10 %), реологічні властивості (зниження динамічної в’язкості, зміна індексу течії, зменшення енергії активації), сумісність із ПЛА (зростання показника сумісності з -1,2 до 1,5) та кристалічність. ІЧ-спектроскопія й рентгеноаналіз підтвердили структурні зміни.
Розроблені композити відзначаються підвищеним водопоглинанням, зниженням кристалічності, регульованою хімічною стійкістю, що впливає на швидкість і ефективність біодеградації. Водночас покращено модуль пружності (на 10–20 %), модуль деформації (на 20–30 %), теплостійкість за Віка (на 25 °С) і структурні характеристики (на 15–25 %).
Запропоновано принципову технологічну схему та регламент отримання експериментальної партії модифікованого крохмалю. Комбіноване використання хімічно й фізико-хімічно модифікованого крохмалю у складі ПЛА-композицій підвищує технологічну сумісність, знижує кристалічність і активує гідроліз естерних зв’язків, що дозволяє керувати інтенсивністю деструкції.
Використання дрібнодисперсних мінеральних наповнювачів дає можливість регулювати дифузійні, сорбційні властивості та хімічну стійкість. Комплексний підхід, зокрема застосування моделей Флорі–Хагінса–Крігбаума, створює підґрунтя для розроблення нових композиційних систем з контрольованими структурними й функціональними характеристиками відповідно до сучасних вимог.
Registration Date
2025-07-16
popup.nrat_date
2025-07-16 / 2026-07-01
