|
|
Hybridní biopolymerní kompozity pro 3D tiskové aplikace
Menčík, Přemysl ; Bakoš, Dušan (oponent) ; Dzik, Petr (oponent) ; Jančář, Josef (vedoucí práce)
Předkládaná práce popisuje termické a mechanické chování změkčených bio-plastů a bio-kompozitů se zaměřením na použití v 3D tisku. Zkoumán byl vliv chemické struktury změkčovadla na bázi derivátů kyseliny citronové na termické a mechanické vlastnosti vzorků změkčené polymerní směsi poly-3-hydroxybutyrátu a kyseliny polymléčné. Vliv změkčovadla na polymerní matrici a jejich vzájemná kompatibilita byla posuzována rychlostí zamísení změkčovadla do taveniny, respektive rychlostí migrace změkčovadla ven z materiálu za zvýšené teploty. Pomocí modulované diferenciální skenovací kalorimetrie byl sledován vliv struktury změkčovadla na teplotu skelného přechodu a krystalizační kinetiku změkčeného materiálu. Sledováno bylo také chování materiálu při 3D tisku. Pomocí tahové zkoušky byly stanoveny mechanické vlastnosti tištěných těles, především jejich tažnost. Nejvyšší efekt změkčení byl pozorován za použití změkčovadla tributylcitrátu, kdy bylo dosaženo poklesu teploty skelného přechodu o a zvýšení tažnosti o 150 % oproti neměkčené referenci. Takto změkčená polymerní směs vykazovala i dostatečné 3D tiskové vlastnosti a byla využita jako matrice pro kompozity v další části práce. Kompozity byly plněny kaolinem, vápencem, halloysitem, sráženou silikou, mastkem, hydroxidem hořečnatým a sekaným lněným vláknem. U kompozitů byla sledována distribuce částic pomocí skenovací elektronové mikroskopie v závislosti na použití povrchové úpravy plniva. Pomocí viskozimetrie a diferenciální skenovací kalorimetrie byl u kompozitů sledován vliv plniva na reologické chování, krystalizační kinetiku a termickou stabilitu kompozitů. Jejich mechanické vlastnosti a teplota průhybu při zatížení byly sledovány na tělesech připravených 3D tiskem. Kaolin vykazoval v kompozitním materiálu homogenní distribuci částic a zanedbatelný vliv na termickou stabilitu a nukleaci matrice. Kaolinem plněný kompozit navíc vykazoval oproti neplněné referenci o 18 % menší warping při tisku, proto byl kaolin vyhodnocen jako vhodné plnivo pro bioplastové kompozity určené pro 3D tisk a tento kompozit je využíván v další kapitole práce. Pro kompozitní vzorky připravené 3D tiskem byla popsána metoda matematické predikce modulu pružnosti. Kompozity plněné jedním typem plniva - kaolinem, nebo vápencem, respektive kombinací obou plniv byly zkoumány na základě úpravy mikromechanického modelu Halpin-Tsai semiempirickou multiparametrickou Černého rovnicí. Pro kompozity s hybridním plněním je prezentována aditivní a kombinační metoda výpočtu modulu pružnosti. Zavedenou korekcí byla snížena odchylka naměřené a teoretické hodnoty modulu pružnosti kompozitu plněného kaolinem z 21 % na 1 % a kompozitu plněného kaolinem a vápencem z 13 % na 9 %. Tímto přístupem je možno předpovědět modul pružnosti materiálů ze vzorků připravených 3D tiskem.
|
|
|
The Synthesis and Characterisation of Biocomposite Materials for Potential Application in Medicine
Balgová, Zuzana ; Plešingerová,, Beatrice (oponent) ; Bakoš, Dušan (oponent) ; Palou, Martin (vedoucí práce)
The work is focused on the synthesis and the study of biocomposite materials for potential medical application. The theoretical part is a literature overview focused on different types of biomaterials especially on poly(vinyl alcohol) - hydroxyapatite (PVA/HA) composites. A set of polyvinyl alcohol (PVA) membranes with various weight percent - 0%, 10%, 20%, 30%, 40% and 50% of hydroxyapatite (HA) were prepared. Hydroxyapatite was prepared by precipitation procedure using starting materials of diammonium hydrogen phosphate and calcium nitrate tetrahydrate in water alkaline environment and then mixed with solution of poly(vinyl alcohol), which was prepared by dissolving it in water at 85°C. The different mixtures were casted in a mould and evaporated for 7 days at temperature 30 °C to obtain 0,5 mm thin membranes. The ATR-FTIR spectroscopy was used to identify the different functional groups in composite membranes, XRD testing was carried out to identify crystallized hydroxyapatite. The tensile testing and TGA measurement were realised to find the effect of HA amount on the mechanical properties and thermal stability of the membranes. The in vitro bioactivity tests in Simulated Blood Fluid (SBF) were performed for 2 hours, 7 and 28 days. SEM was used to characterise surface microstructure of biocomposite membranes before and after immersion in SBF. The surface of the tested membranes were analysed to investigate the formation of apatite, the characteristic of bioactivity. It was observed a formation of clusters within membranes with increasing amount of HA particles due to hydrogen bond and also the agglomeration and crystal growth of HA particles during drying of membranes. The bioactivity was found increasing with time immersion of biocomposite materials.
|
|
|
Biokompatibilní amfifilní látky v interakcích s polymery
Burdíková, Jana ; Sedlařík, Vladimír (oponent) ; Bakoš, Dušan (oponent) ; Pekař, Miloslav (vedoucí práce)
Tato práce je zaměřena na studium interakcí hyaluronanu s amfifilními molekulami s vysokou biokompatibilitou. Metodou fluorescenční sondy byly zkoumány interakce mezi kationtovým lipidem 1,2-dipalmitoyl-3-trimetylamonium-propan (DPTAP), mezi směsí tohoto kationtového lipidu se zwiterionickým fosfolipidem, 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-fosfocholinem (DPPC), a hyaluronanem, a to jak nativním, tak i s hydrofobně modifiko¬vaným. Bylo zjištěno, že u směsi DPPC a DPTAP dochází k tvorbě agregátů nezávisle na poměru lipidů ve směsi, a že s hyaluonanem interagují jak agregáty vzniklé z DPTAP, tak ze směsi DPPC a DPTAP při specifickém poměru koncentrací DPTAP a hyaluronanu. Dále byly studovány fyzikální vlastnosti membrán při různém poměru DPPC a DPTAP ve směsi a vliv cholesterolu na některé z těchto vlastností. V neposlední řadě byly studovány také systémy neionogenní tenzid-DPPC, konkrétně velikost vznikajících agregátů, termodynamika solubilizace a interakce s nativním hyaluronanem.
|
|
|
Mechanisms and kinetics of poly(3-hydroxybutyrate) reactions
Melčová, Veronika ; Sedláček,, Tomáš (oponent) ; Bakoš, Dušan (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
This thesis deals with melt reactions of bacterial biopolymer poly(3-hydroxybutyrate) with selected reactive agents. Compounds of different functional groups; isocyanates, carbodiimides, alcohols and epoxides; and functionalities; from two to polyfunctional; were exploited. The aim is to characterize the kinetics of the polymer's thermal degradation during processing with and without the addition of aforementioned reagents in different dosages. For that, rheological measurement consisting of four subsequent frequency sweeps covering a range of 0.1–50 Hz was carried out and obtained data were evaluated to gain a viscosity loss rate. This kinetic parameter enabled the comparison of the effects of individual reagents. Moreover, reactive samples were prepared by kneading, where melt torque was recorded and discussed, and also by solution method, where solution viscosity was measured. The thermal properties, molecular weight and infrared spectra of such prepared samples were studied. Among the tested additives, polymeric carbodiimide Raschig 9000, hexamethylene diisocyanate, poly(glycidyl methacrylate) synthetized for the purpose of this work, and poly(hexamethylene diisocyanate) showed the best overall results in performed experiments. Notably, the sample with a 100-fold molar overdose of Raschig had a 20–30% lower value of the viscosity loss factor than the reference in the frequency region 0.1–5 Hz. In addition, an enzymatic biodegradability test with lipase and in abiotic conditions was carried out. Poly(3-hydroxybutyrate) additivated with poly(glycidyl methacrylate) showed the highest rate of molecular weight decrease.
|
|
|
Hybridní biopolymerní kompozity pro 3D tiskové aplikace
Menčík, Přemysl ; Bakoš, Dušan (oponent) ; Dzik, Petr (oponent) ; Jančář, Josef (vedoucí práce)
Předkládaná práce popisuje termické a mechanické chování změkčených bio-plastů a bio-kompozitů se zaměřením na použití v 3D tisku. Zkoumán byl vliv chemické struktury změkčovadla na bázi derivátů kyseliny citronové na termické a mechanické vlastnosti vzorků změkčené polymerní směsi poly-3-hydroxybutyrátu a kyseliny polymléčné. Vliv změkčovadla na polymerní matrici a jejich vzájemná kompatibilita byla posuzována rychlostí zamísení změkčovadla do taveniny, respektive rychlostí migrace změkčovadla ven z materiálu za zvýšené teploty. Pomocí modulované diferenciální skenovací kalorimetrie byl sledován vliv struktury změkčovadla na teplotu skelného přechodu a krystalizační kinetiku změkčeného materiálu. Sledováno bylo také chování materiálu při 3D tisku. Pomocí tahové zkoušky byly stanoveny mechanické vlastnosti tištěných těles, především jejich tažnost. Nejvyšší efekt změkčení byl pozorován za použití změkčovadla tributylcitrátu, kdy bylo dosaženo poklesu teploty skelného přechodu o a zvýšení tažnosti o 150 % oproti neměkčené referenci. Takto změkčená polymerní směs vykazovala i dostatečné 3D tiskové vlastnosti a byla využita jako matrice pro kompozity v další části práce. Kompozity byly plněny kaolinem, vápencem, halloysitem, sráženou silikou, mastkem, hydroxidem hořečnatým a sekaným lněným vláknem. U kompozitů byla sledována distribuce částic pomocí skenovací elektronové mikroskopie v závislosti na použití povrchové úpravy plniva. Pomocí viskozimetrie a diferenciální skenovací kalorimetrie byl u kompozitů sledován vliv plniva na reologické chování, krystalizační kinetiku a termickou stabilitu kompozitů. Jejich mechanické vlastnosti a teplota průhybu při zatížení byly sledovány na tělesech připravených 3D tiskem. Kaolin vykazoval v kompozitním materiálu homogenní distribuci částic a zanedbatelný vliv na termickou stabilitu a nukleaci matrice. Kaolinem plněný kompozit navíc vykazoval oproti neplněné referenci o 18 % menší warping při tisku, proto byl kaolin vyhodnocen jako vhodné plnivo pro bioplastové kompozity určené pro 3D tisk a tento kompozit je využíván v další kapitole práce. Pro kompozitní vzorky připravené 3D tiskem byla popsána metoda matematické predikce modulu pružnosti. Kompozity plněné jedním typem plniva - kaolinem, nebo vápencem, respektive kombinací obou plniv byly zkoumány na základě úpravy mikromechanického modelu Halpin-Tsai semiempirickou multiparametrickou Černého rovnicí. Pro kompozity s hybridním plněním je prezentována aditivní a kombinační metoda výpočtu modulu pružnosti. Zavedenou korekcí byla snížena odchylka naměřené a teoretické hodnoty modulu pružnosti kompozitu plněného kaolinem z 21 % na 1 % a kompozitu plněného kaolinem a vápencem z 13 % na 9 %. Tímto přístupem je možno předpovědět modul pružnosti materiálů ze vzorků připravených 3D tiskem.
|
|
|
Biokompatibilní amfifilní látky v interakcích s polymery
Burdíková, Jana ; Sedlařík, Vladimír (oponent) ; Bakoš, Dušan (oponent) ; Pekař, Miloslav (vedoucí práce)
Tato práce je zaměřena na studium interakcí hyaluronanu s amfifilními molekulami s vysokou biokompatibilitou. Metodou fluorescenční sondy byly zkoumány interakce mezi kationtovým lipidem 1,2-dipalmitoyl-3-trimetylamonium-propan (DPTAP), mezi směsí tohoto kationtového lipidu se zwiterionickým fosfolipidem, 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-fosfocholinem (DPPC), a hyaluronanem, a to jak nativním, tak i s hydrofobně modifiko¬vaným. Bylo zjištěno, že u směsi DPPC a DPTAP dochází k tvorbě agregátů nezávisle na poměru lipidů ve směsi, a že s hyaluonanem interagují jak agregáty vzniklé z DPTAP, tak ze směsi DPPC a DPTAP při specifickém poměru koncentrací DPTAP a hyaluronanu. Dále byly studovány fyzikální vlastnosti membrán při různém poměru DPPC a DPTAP ve směsi a vliv cholesterolu na některé z těchto vlastností. V neposlední řadě byly studovány také systémy neionogenní tenzid-DPPC, konkrétně velikost vznikajících agregátů, termodynamika solubilizace a interakce s nativním hyaluronanem.
|
|
|
The Synthesis and Characterisation of Biocomposite Materials for Potential Application in Medicine
Balgová, Zuzana ; Plešingerová,, Beatrice (oponent) ; Bakoš, Dušan (oponent) ; Palou, Martin (vedoucí práce)
The work is focused on the synthesis and the study of biocomposite materials for potential medical application. The theoretical part is a literature overview focused on different types of biomaterials especially on poly(vinyl alcohol) - hydroxyapatite (PVA/HA) composites. A set of polyvinyl alcohol (PVA) membranes with various weight percent - 0%, 10%, 20%, 30%, 40% and 50% of hydroxyapatite (HA) were prepared. Hydroxyapatite was prepared by precipitation procedure using starting materials of diammonium hydrogen phosphate and calcium nitrate tetrahydrate in water alkaline environment and then mixed with solution of poly(vinyl alcohol), which was prepared by dissolving it in water at 85°C. The different mixtures were casted in a mould and evaporated for 7 days at temperature 30 °C to obtain 0,5 mm thin membranes. The ATR-FTIR spectroscopy was used to identify the different functional groups in composite membranes, XRD testing was carried out to identify crystallized hydroxyapatite. The tensile testing and TGA measurement were realised to find the effect of HA amount on the mechanical properties and thermal stability of the membranes. The in vitro bioactivity tests in Simulated Blood Fluid (SBF) were performed for 2 hours, 7 and 28 days. SEM was used to characterise surface microstructure of biocomposite membranes before and after immersion in SBF. The surface of the tested membranes were analysed to investigate the formation of apatite, the characteristic of bioactivity. It was observed a formation of clusters within membranes with increasing amount of HA particles due to hydrogen bond and also the agglomeration and crystal growth of HA particles during drying of membranes. The bioactivity was found increasing with time immersion of biocomposite materials.
|
host ::
RSS.