|
|
Vliv chemické struktury změkčovadla na vlastnosti bioplastu na bázi polyhydroxybutyrátu
Stehnová, Ivana ; Alexy, Pavol (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá změkčováním poly(3-hydroxybutyrátu), kyseliny polymléčné a jejich směsi. Zjišťuje vliv chemické struktury změkčovadla na mechanické vlastnosti této polymerní směsi i na jeho difúzi z ní. Byla syntetizována změkčovadla na bázi oligomerních polyadipátů, citrátů, polylaktidu a esterů kyseliny 2-ethylhexanové s poly(ethylenglykolem). Distribuce molekulových hmot-ností syntetizovaných změkčovadel byla stanovena pomocí gelové permeační chromatografie. Poly(3-hydroxybutyrát), kyselina polymléčná i jejich směs byly měkčeny syntetizovanými a komerčními změkčovadly. Z komerčních byla vybrána změkčovadla na bázi citrátů a esteru kyseliny 2-ethylhexanové s poly(ethylenglykolem). Pomocí termogravimetrické analýzy byla studována termická stabilita vybraných komerčních změkčovadel v kyselině polymléčné. Sledována byla také difúze změkčovadel z poly(3-hydroxybutyrátu), kyseliny polymléčné a z jejich směsi při 110 °C. Pomocí tahové zkoušky byly testovány mechanické vlastnosti připravených směsí. Téměř všechna změkčovadla vykazovala ve směsi pozitivní změkčující efekt. Nejvyšší tažnost byla zaznamenána u směsi s komerčním acetyltributylcitrátem, u níž tažnost dosáhla 328 % oproti 21 % pro neměkčenou směs.
|
|
|
Roubování VTMOS na PHB
Novotný, Igor ; Petruš, Josef (oponent) ; Kučera, František (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá roubováním trimethoxyvinylsilanu (VTMOS) na poly(3–hydroxybutyrát) (PHB) a následné charakterizaci množství naroubovaného VTMOS a změny termických vlastností spojené s rychlostí krystalizace. Teoretická část se zabývá mechanismem a vlivy spjatými s roubováním. V experimentální části byl roubován VTMOS na PHB aniž by VTMOS podléhal hydrolýze a následnému síťování. Metodou diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) a Avramiho rovnicí byl studován efekt roubované silanové skupiny na čistý PHB. Index toku byl použit na porovnání reologických vlastností výchozího, roubovaného a pomocí siloxanových vazeb zesíťovaného PHB.
|
|
|
Vlastnosti nanokompozitu na bázi PHB a HNT
Stehnová, Ivana ; Pavliňáková, Veronika (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
Bakalářská práce se zabývá nanokompozitem obsahujícím polyhydroxybutyrátovou matrici plněnou halloysitovými nanotrubkami. Shrnuje poznatky optimalizace povrchové úpravy plniva, kompatibility mezi plnivem a polymerem, distribuce plniva v kompozitu a vlivu povrchové úpravy plniva, přípravy kompozitu a obsahu plniva v kompozitu na jeho mechanické vlastnosti. Úprava povrchu plniva byla provedena použitím 3-(trimethoxysilyl)propylmethakrylátu. Účinnost silanizace byla ověřena pomocí termogravimetrické analýzy a Ramanovy spektroskopie. Byly připraveny koncentráty obsahující neupravené a upravené nanoplnivo v poly(vinylacetátu) nebo poly(3-hydroxybutyrátu). Pomocí těchto koncentrátů byly připraveny kompozity obsahující 1 % a 3 % plniva. Distribuce plniva v koncentrátech i kompozitech a kompatibilita plniva s polymerem byly zjištěny skenovací elektronovou mikroskopií. Mechanické vlastnosti kompozitů byly testovány pomocí tahové zkoušky.
|
|
|
Izolace ligninu z hroznových semen a jeho aplikace jako plniva pro polyhydroxyalkanoáty (PHA)
Vostrejš, Pavel ; Vítová, Eva (oponent) ; Kovalčík, Adriána (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá přípravou polymerních filmů z polyhydroxyalkanoátů (PHA) a jejich modifikací přídavkem ligninu jako aktivního aditiva. Motivací bylo vytvořit materiál s potenciálním využitím jako aktivní obal potravin. Polymerní filmy byly připraveny z čistého krystalického poly(3-hydroxybutyrátu) (P3HB) nebo ze směsi krystalického P3HB a amorfního polyhydroxyalkanoátu (P3HB/PHA). Aplikovaný lignin byl izolován z hroznových semínek, které jsou odpadním produktem ve vinařském průmyslu. Izolovaný lignin byl dále upraven acetylací za účelem zlepšení jeho rozpustnosti v chloroformu. Lignin byl charakterizován stanovením prvkového složení, minerálních látek a infračervenou spektroskopií (FTIR). Dále byla metodou FTIR potvrzena úspěšná acetylace ligninu. Lignin byl přidán jako aktivní aditivum v koncentraci, 1, 5 a 10 % do P3HB a P3HB/PHA filmů připravených rozpouštěním v chloroformu. Byly testovány termální a mechanické vlastnosti polymerních filmů s ligninem a bez ligninu. U P3HB filmů nebylo zaznamenáno zlepšení mechanických vlastností přidáním ligninu. Avšak u směsného polymeru P3HB/PHA došlo u filmů s ligninem k výraznému zlepšení Youngova modulu a pevnosti v tahu. Naopak aplikace acetylovaného ligninu se pro zlepšení mechanických vlastností neosvědčila. Termální vlastnosti byly hodnoceny pomocí metod diferenční skenovací kalorimetrie a termogravimetrie. Bylo zjištěno, že lignin zvýšil tepelnou stabilitu PHA filmů a byl potvrzen jeho účinek jako nukleačního činidla. Funkci aktivního obalu zajišťoval lignin svými antioxidačními vlastnostmi, které byly prokázány ABTS testem. Dále byly ověřeny bariérové vlastnosti. Připravený materiál vykazoval v porovnání s běžně používanými polymery velmi dobré hodnoty.
|
|
|
Optimalizace biokompozitu na bázi poly(3-hydroxybutyrátu) s ohledem na tisknutelnost a mechanické vlastnosti
Chaloupková, Kateřina ; Obruča, Stanislav (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
Předkládaná práce se věnuje přípravě a optimalizaci biokompatibilního materiálu na bázi poly(3-hydroxybutyrátu). Dalšími složkami připravených vzorků jsou poly(kyselina mléčná), hydroxyapatit a komerční změkčovadlo Syncroflex3114. Jednotlivé složky byly vybrány na základě jejich biokompatibility a vlastností potenciálně využitelných v tkáňovém inženýrství. Obsahem teoretické části práce je zpracování obecného přehledu kostní tkáně a rešerše materiálů využívaných v regeneraci kostí. Část práce se také věnuje problematice scaffoldů. Součástí experimentální práce je plánovaný experiment, který slouží k optimalizaci směsi s ohledem na tisknutelnost a mechanické vlastnosti. Prvním krokem je příprava vzorků na základě navržených podmínek a jejich následné zpracování do formy filamentu s přesným průměrem 1,75 mm pro 3D tisk metodou modelování depozicí taveniny. Z připravených filamentů byla vytištěna testovací tělesa pro následující experimenty: teplotní věž, měření warping koeficientu, ohybová a tlaková zkouška. Data z těchto experimentů byla zpracována pomocí matematického modelu do formy rovnic a grafů, které znázorňují vliv složek materiálu na měřenou veličinu. Bylo zjištěno, že nejvýznamněji vlastnosti ovlivňuje množství změkčovadla ve vzorku. Tento vliv je ve všech případech negativní a zhoršuje vybrané hodnocené vlastnosti materiálu. Výsledkem plánovaného experimentu je také receptura optimalizovaná na co nejlepší tisknutelnost a mechanické vlastnosti (ohybový modul 3,3 GPa a tlakový modul 2,3 GPa). S ohledem na potenciální aplikaci materiálu ve tkáňovém inženýrství kostí byly pro vybrané vzorky provedeny první screeningové testy urychlené biodegradace. Výsledky urychlené degradace nejsou jednoznačné a je nutná jejich další optimalizace. Současně s diplomovou prací probíhalo biologické testování nosičů vytištěných na 3D tiskárně z vybraných připravených materiálů. Všechny testované vzorky byly shledány jako biokompatibilní.
|
|
|
Využití termofilních bakterií k biodegradaci syntetických a přírodních polymerů
Csölle, Eduard ; Sedlář, Karel (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá využitím termofilní bakterie Schlegelella thermodepolymerans k biodegradaci vybraných polymerů, mezi které patří poly(3-hydroxybutyrát) (PHB), polyester kyseliny mléčné (PLA) a poly(butylen adipát-co-tereftalát) (PBAT). V teoretické části práce jsou přiblíženy vlastnosti a původ těchto bioplastů, charakteristika studovaných bakterií a celkový průběh biodegradačního procesu. Experimentální část je zaměřena na dvacetidenní kultivaci tří testovaných kmenů v přítomnosti zmíněných polymerů a následné zhodnocení míry degradace těchto materiálů. Největší nárůst biomasy byl pomocí spektrofotometrie pozorován u kmene DSM 15344 při kultivaci na PHB. Díky slepým vzorkům (bez polymerů) bylo prokázáno, že pro významnější růst musely bakterie opravdu utilizovat přítomné polymery. Gravimetrická analýza obsahu biomasy potvrdila, že nejvhodnějším substrátem pro kultivaci byl PHB. Největší hmotnostní ztráty byly zaznamenány u PHB a pohybovaly se v rámci všech tří kmenů okolo 30 %. U kmene LMG 21645 činil úbytek téměř 33 %. Hmotnostní ztráty PLA a PBAT dosahovaly znatelně nižších hodnot. Přesto byl pomocí SEC-MALS zaznamenán nejvýraznější pokles molekulové hmotnosti právě u PLA, a to asi 80 % u kmene DSM 15264. Analýza povrchu polymerů využitím SEM potvrdila, že biodegradace PHB probíhá formou povrchové enzymatické eroze. Naopak u vzorků PLA a PBAT se biodegradace neprokázala.
|
|
|
Studium uvolňování účinných látek z částic na bázi PHA
Čech, Jan ; Mikulíková, Renata (oponent) ; Kovalčík, Adriána (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá studiem kinetiky uvolňování kyseliny kávové a kyseliny acetylsalicylové z mikročástic na bázi kyseliny polymléčné, poly(3-hydroxybutyrát-co-4-hydroxybutyrátu) a poly(3-hydroxybutyrátu). V teoretické části jsou popsány mechanické a termální vlastnosti polyhydroxyalkanoátů, biologická syntéza mikroorganismy, jejich průmyslové získávání z biomasy a využití. Dále jsou popsány vlastnosti mikročástic z PHA, jejich využití jako nosičů, nejběžnější přípravy mikročástic a způsob uvolňování naloženého léčiva. V experimentální části byly pomocí dynamického rozptylu světla charakterizovány mikročástice na bázi PLA, P(3HB) a P(3HB-co-4HB) připravené metodou emulze s odpařováním rozpouštědla. Do těchto mikročástic byla následně inkorporována kyselina kávová nebo kyselina acetylsalicylová, u těchto mikročástic byla spektrofotometricky pozorována kinetika uvolňování dané aktivní látky po dobu jednoho týdne. Mikročástice po uvolňování byly opět změřeny metodou DLS a porovnány s charakterizovanými mikročásticemi před uvolňováním. Na závěr byla vypočtena efektivita enkapsulace a výtěžnost mikročástic.
|
|
|
Studium přípravy monomerů a polymerů na bázi methakrylovaných hydroxybutyrátů
Liška, Marek ; Mgr. Petra Zbořilová, Ph.D (oponent) ; Figalla, Silvestr (vedoucí práce)
Cílem této práce je průzkum, návrh a příprava methakrylovaných derivátů poly(3-hydroxybutyrátu) a následná příprava polymerů z připravených prekurzorů. Celkově bylo připraveno šest sloučenin. Mezi připravené sloučeniny patří methyl-3-hydroxybutyrát a ethyl-3-hydroxybutyrát připravené pomocí alkoholytické depolymerace monofunkčním alkoholem a jejich methakrylované deriváty. Nedílnou součástí práce je také příprava ethylenglykolem terminovaného oligomeru 3-hydroxybutyrátu připraveného depolymerací s použitím ethylenglykolu dvěma cestami. První cesta spočívá v depolymeraci s využitím konvenčního ohřevu a druhá cesta zkoumá přípravu série oligomerů s různými molekulovými hmotnostmi s využitím mikrovlnného ohřevu. Připraveny byly také methakrylované deriváty připravených oligomerů. Připravené sloučeniny a jejich samotná příprava jsou charakterizovány pomocí více analytických metod, mezi které patří VPO, NMR, GPC, FT-IR, LC-MS a DSC. Z připravených sloučenin byla připravena série polymerů pomocí radikálové polymerace s využitím fialového záření (s vlnovou délkou 405 nm), jako zdroje energie. Připravené síťované polymery byly charakterizovány pomocí DSC a byly testovány jejich tažnosti a pevnosti v tahu.
|
|
|
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.
|
|
|
Poly(3-hydroxybutyrate) based materials for 3D printing in medical applications
Krobot, Štěpán ; Vojtová, Lucy (oponent) ; Přikryl, Radek (vedoucí práce)
This master's thesis deals with the preparation and testing of 3D printed scaffolds for bone tissue engineering. The aim of the thesis is laboratory preparation of polymer blends on the basis of poly(3-hydroxybutyrate), poly(lactic acid) and polycaprolactone and their processing into the form of 3D printing filaments. Three polymeric blends were prepared and processed into the form of 3D printing filaments. Differential scanning calorimetry was conducted to evaluate the thermal properties, followed by temperature tower test and warping test to determine the processing conditions for 3D printing. The lowest warping coefficient was 1.26 for a blend of poly(3-hydroxybutyrate) with polycaprolactone and plasticizer. Tensile test, three-point flexural test and compression test were used to study the mechanical properties of materials. Scaffolds with different surfaces for bone tissue engineering were 3D printed from prepared filaments to determine the most optimal surface for cell proliferation. To determine the surface properties and their influence on cell adhesion, optical contact angle measurement with the use of OWRK method to calculate surface energy was conducted. 3D printed surfaces were also subjected to roughness analysis by confocal microscopy to determine their roughness and its effect on contact angle with water and cell growth. Finally, in the last part, in vitro tests on scaffolds were conducted in collaboration with the Institute of Experimental Medicine (Czech Academy of Sciences) to find out whether the prepared materials are non-cytotoxic and how the surface of scaffold affects the cell growth and proliferation. In the end, two out of three materials were proven to be non-cytotoxic (both blends of poly(3-hydroxybutyrate) with polycaprolactone) and that their mechanical properties were comparable with human trabecular bone. The most optimal surface for cell growth is probably grid diameter 50 m with roughness along the perimeter 1.9 m, which corresponds with water contact angle 74.1°.
|
host ::
RSS.