SEC/GPC, DSC, and TGA Analysis of Low Molecular Weight Poly-L-lactic Acid
Aplikace | 2021 | WatersInstrumentace
Polylaktid (PLA) patří k předním biopolymérům získaným z obnovitelných zdrojů. Díky biodegradabilitě, netoxičnosti a termoplastickým vlastnostem je PLA atraktivní pro potravinářské obaly, lékařské aplikace a další průmyslové účely. Detailní poznání molekulové hmotnostní distribuce a termálních vlastností PLA je klíčové pro optimalizaci zpracování, stability a výkonu finálních produktů.
Cílem studie bylo komplexně charakterizovat nízkomolekulární řadu poly-L-laktidů (PLLA) s molekulovými hmotnostmi 5, 10, 20 a 40 kDa. Použitím ortogonálních technik – kapalinové chromatografie v režimu velikostního vyloučení (APC/SEC), diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) a termogravimetrie (TGA) – autoři sledovali:
APC/SEC:
DSC:
TGA:
SEC prokázala, že nejvyšší molekulová hmotnost 40 kDa vzorku obsahuje sekundární frakce na ~75 kDa a ~6 kDa, což může ovlivnit krystalizační chování. Nižší signál v refraktometrické detekci byl kompenzován zvýšením koncentrace vzorku.
TGA ukázala nejednotnou stabilitu vzorků (40 kDa<10 kDa<5 kDa<20 kDa), naznačující vliv stereochemie či konformace vedle molekulové hmotnosti.
DSC odhalila složité přechody:
Analýza změny tepelné kapacity při skelném přechodu ukázala lineární závislost na molekulové hmotnosti a rozdíly mezi prvním a druhým ohřevem odrážející stárnutí a strukturované změny.
Integrace APC/SEC, DSC a TGA poskytuje ucelený pohled na distribuci molekulové hmotnosti, termickou stabilitu a přechody PLA. Tyto poznatky umožňují výrobním a vývojovým týmům:
Další výzkum by mohl zahrnovat:
Komplementární použití SEC, DSC a TGA umožnilo odhalit klíčové charakteristiky nízkomolekulárních PLA vzorků, které ovlivňují jejich zpracovatelnost a výkon. Získaná data slouží jako podklad pro optimalizaci polylaktidových materiálů v průmyslových aplikacích.
GPC/SEC
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceWaters
Souhrn
Význam tématu
Polylaktid (PLA) patří k předním biopolymérům získaným z obnovitelných zdrojů. Díky biodegradabilitě, netoxičnosti a termoplastickým vlastnostem je PLA atraktivní pro potravinářské obaly, lékařské aplikace a další průmyslové účely. Detailní poznání molekulové hmotnostní distribuce a termálních vlastností PLA je klíčové pro optimalizaci zpracování, stability a výkonu finálních produktů.
Cíle a přehled studie
Cílem studie bylo komplexně charakterizovat nízkomolekulární řadu poly-L-laktidů (PLLA) s molekulovými hmotnostmi 5, 10, 20 a 40 kDa. Použitím ortogonálních technik – kapalinové chromatografie v režimu velikostního vyloučení (APC/SEC), diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) a termogravimetrie (TGA) – autoři sledovali:
- rozdělení molekulové hmotnosti a její vliv na chromatografické profily,
- teploty měknutí, tání, krystalizace a bod skelného přechodu,
- termální stabilitu pod inertní atmosférou.
Použitá metodika a instrumentace
APC/SEC:
- ACQUITY Advanced Polymer Chromatography se třemi kolony (550 Å, 125 Å, 45 Å),
- detekce refraktometrickou hlavou při 40 °C, mobilní fáze: chloroform s 0,75 % ethanolem,
- rychlý izokratický běh 10 min, průtok 0,8 mL/min.
DSC:
- TA Instruments DSC 2500 s Tzero půlkanyly, dusík, rozsah –70 až 190 °C,
- protokol Heat–Cool–Heat (10 °C/min),
- určení skelného přechodu, enthalpické relaxace, krystalizace a tání.
TGA:
- TA Instruments TGA 5500, platina, dusík, rozsah 23 až 800 °C,
- ohřev 10 °C/min, záznam hmotnostního úbytku a jeho rychlosti.
Hlavní výsledky a diskuse
SEC prokázala, že nejvyšší molekulová hmotnost 40 kDa vzorku obsahuje sekundární frakce na ~75 kDa a ~6 kDa, což může ovlivnit krystalizační chování. Nižší signál v refraktometrické detekci byl kompenzován zvýšením koncentrace vzorku.
TGA ukázala nejednotnou stabilitu vzorků (40 kDa<10 kDa<5 kDa<20 kDa), naznačující vliv stereochemie či konformace vedle molekulové hmotnosti.
DSC odhalila složité přechody:
- skelný přechod s enthalpickou relaxací (nejvýrazněji u 40 kDa),
- hybridní endoterm před studenou krystalizací poukazující na metastabilní strukturu,
- krystalizaci z taveniny i studenou krystalizaci u vzorků ≥10 kDa,
- nárůst teploty tání s molekulovou hmotností, konvergence u 20 a 40 kDa.
Analýza změny tepelné kapacity při skelném přechodu ukázala lineární závislost na molekulové hmotnosti a rozdíly mezi prvním a druhým ohřevem odrážející stárnutí a strukturované změny.
Přínosy a praktické využití metody
Integrace APC/SEC, DSC a TGA poskytuje ucelený pohled na distribuci molekulové hmotnosti, termickou stabilitu a přechody PLA. Tyto poznatky umožňují výrobním a vývojovým týmům:
- přizpůsobit podmínky polymerace a zpracování pro požadovanou mechanickou pevnost a tepelnou odolnost,
- vyhnout se nekontrolované krystalizaci či degradaci během zpracování a skladování,
- ověřit homogenitu produktů a kvalitu surovin.
Budoucí trendy a možnosti využití
Další výzkum by mohl zahrnovat:
- hloubkovou studii metastabilních krystalických forem a jejich vliv na mechanické vlastnosti,
- izotermní a neizotermní kinetiku krystalizace pro zlepšení procesních parametrů,
- kvantifikaci kinetiky enthalpické relaxace pomocí modulované DSC,
- vazbu stereochemie a konformace k termální stabilitě a degradaci.
Závěr
Komplementární použití SEC, DSC a TGA umožnilo odhalit klíčové charakteristiky nízkomolekulárních PLA vzorků, které ovlivňují jejich zpracovatelnost a výkon. Získaná data slouží jako podklad pro optimalizaci polylaktidových materiálů v průmyslových aplikacích.
Reference
- Auras R., Harte B., Selke S., An Overview of Polylactides as Packaging Materials, Macromol. Biosci. 2004, 4, 835–864.
- Moldoveanu S. C., David V., Solvents, Buffers and Additives Used in the Mobile Phase, in Selection of the HPLC Method in Chemical Analysis, Elsevier 2017, s. 393–450.
- Cuadri A. A., Martín-Alfonso J. E., Thermal, Thermo-Oxidative and Thermomechanical Degradation of PLA, Polymer Degradation and Stability 2018, 150, 37–45.
- Polymer Properties Database, 2015–2021.
- Zhang R.-C. et al., Polymers 2017, 9, 625.
- Saeidlou S., Huneault M. A., Li H., Park C. B., Poly(lactic acid) Crystallization, Prog. Polym. Sci. 2012, 37, 1657–1677.
- Hoffman J., Weeks J., Equilibrium Melting Temperature of Polychlorotrifluoroethylene, J. Res. Natl. Bur. Stand. 1962, 66A(1).
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
[ CASE STUDY ] A Consolidated Approach for Analytical Testing of Recycled Industrial Plastics Rachel Sanig1, James A. Browne1, Jennifer Gough1, Donald A. Trinite1, Ben MacCreath1, Falk-Thilo Ferse1, Agnieszka Kalinowska2 , Christoph Rethmann, 2 Pascal Tuszewski, 2 and Cristian I.…
Klíčová slova
recycled, recycledplastics, plasticsconsolidated, consolidatedregrind, regrindindustrial, industrialcase, caserecycling, recyclingstudy, studythyssenkrupp, thyssenkruppapproach, approachproperties, propertiestesting, testingapgc, apgcanalytical, analyticalvirgin
ADVANCED SOLUTIONS FOR POLYMERS AND PLASTICS
2017|PerkinElmer|Postery
BETTER INSIGHTS FOR BETTER POLYMERS ADVANCED SOLUTIONS FOR POLYMERS AND PLASTICS UNDER ONE ROOF The Polymer Market consists of a huge diversity of manufacturers of industrial products running many different processes yet still facing similar challenges. There is more and…
Klíčová slova
crystallization, crystallizationmelting, meltingprocesses, processesmanufacturers, manufacturerspolymers, polymersoptimization, optimizationresins, resinsquantitate, quantitateresin, resinchemical, chemicalidentify, identifyadditives, additivestemperatures, temperaturesorientation, orientationpolymer
Recycled Plastic Analysis Solutions
2024|Shimadzu|Brožury a specifikace
C10G-E105 Recycled Plastic Analysis Solutions Recycled Plastic Various plastic recycling measures are being implemented in response to growing awareness about needing to establish a carbon-free and recycling-oriented society. The typical process involves collecting, sorting, shredding, washing, drying, and otherwise processing…
Klíčová slova
plastic, plasticpla, plaannealing, annealingmeasurement, measurementabs, abshardness, hardnessftir, ftirmold, moldspectrophotometer, spectrophotometerray, rayresin, resinfourier, fouriersorting, sortingextract, extractanalysis
Characterization of Poly(L-lactide)
2023|Agilent Technologies|Aplikace
Application Brief Materials Testing & Research Characterization of Poly(L-lactide) Authors Victoria Fuchs and Jasmin Preis Agilent Technologies, Inc. Abstract Polylactide (PLA) is an amorphous to semicrystalline bio-based polymer, which is used in areas such as in packaging and medical applications…
Klíčová slova
lactide, lactidepla, plapolylactide, polylactidepoly, polyfluorinated, fluorinatedreasonable, reasonableplakith, plakithmalls, mallsrefractive, refractivesolvents, solventshfip, hfippss, pssindex, indexdetectors, detectorsdistributed