تهیه و کاربرد کوپلیمر پلی یورتان زیست تخریب پذیر مدرن
پلی یورتان ها و پلی لاکتیدها به دلیل برخوردار بودن از خواص منحصر به فردی همچون خواص مکانیکی عالی، زیست سازگاری، انعطاف پذیری، تجزیه پذیری و قابلیت هیدرولیز کاربرد گسترده ای دارند. هرین یک یک کوپلیمر پلی یورتان جدید (لاکتید-L)-ب-(4-4 دی فنیل متان دی ایزوسیانات)-گرافن عامل دار (PLLA-b-PU-f-G) با پلیمریزاسیون حلقه باز LLA (ROP) است که با استفاده از گرافن عامل دار شده با فنل (G-f-OH) و اکتوات قلع بعنوان استارتر و کاتالیزور، به دنبال پلیمریزاسیون تراکم نهایی OH در گرافن عامل دار با پلی (لاکتید-L) (G-g-PLLA) و 4-4 دی فنیل متان دی ایزوسیانات (MDI) تهیه شد. تجزیه و تحلیل ترکیب و خواص ساختاری مواد به دست آمده با روش های FTIR، ¹H NMR، TG و DSC انجام شد. نتایج حاصل از FTIR و ¹H NMR به وضوح نشان داد که گرافن را می توان به صورت کووالانسی با پلی یورتان و پلی لاکتیدها با روش پیشنهادی آنالیز کرد. روش DSC نشان داد که با افزایش محتوای گرافن، مقدار Tg در پلیمر G-g-PLLA تقریبا افزایش می یابد. آزمایش شبیه سازی جریان های اقیانوسی نشان داد که مواد کوپلیمری عملکرد ضد رسوبی بهتری نسبت به پلی یورتان معمولی دارند. همچنین نتایج حاصل از آزمایش هیدرولیز استاتیک نشان داد که ترکیب گرافن باعث افزایش هیدرولیز پلی یورتان می شود و می توان انتظار داشت که PU با ایجاد یک سطح صاف، بعنوان یک ضد رسوب دریایی عمل کند.
پلی یورتان های زیست تخریب پذیر (PU) به دلیل خواص منحصر به فردی همچون خواص مکانیکی عالی، زیست سازگاری، انعطاف پذیری، تجزیه پذیری و قابلیت هیدرولیز کاربرد گسترده ای دارند. همچنین می توان با اصلاح عملکرد و افزایش زیست تخریب پذیری، از آنها در حیطه های مختلف مانند ساخت داربست های مهندسی پزشکی، دارورسانی و حتی رنگ های ضد رسوب دریایی استفاده کرد. اخیرا عملکرد غیر سمی و ایمن پلی یورتان ها در توسعه عایق های ضد رسوب غیر بایوسیدال بسیار مورد توجه قرار گرفته است. جیلن ما و همکارانش برای تهیه پلی یورتان زیست تخریب پذیر با گروه های آویز مالیمید N (2،4،6تری کلروفنیل) واکنش کلیک تیول-ان را با واکنش تراکمی ترکیب کردند و سپس مشخص شد که تجزیه آنها می تواند منجر به کاهش رسوبات زیستی شود. از سوی دیگر، کایبین لی پلی یورتان اکریلات آبی درمان پذیر با UV مبتنی بر روغن کرچک/ پنتا اریتریتول تری اکریلات را با موفقیت سنتز کرد. در ادامه، آزمایشات ترکیبی و عملکردی بهبود قابل ملاحظه ای در مقاومت آب، دمای انتقال شیشه و عملکرد حرارتی را نشان دادند. همچنین مشخص شد که پلی لاکتیدها (PLAs) از خواص زیست تخریب پذیری، زیست سازگاری و هیدرولیز برخوردار هستند و این فرصت را برای ما فراهم می کنند تا بیشتر از آنها در ساخت پلاستیک های ترموپلاستیک، فیلم ها و همچنین الیاف استفاده کنیم. مواد کامپوزیت پلی لاکتیدهای تجدید پذیر، زیست تخریب پذیر و زیست سازگار را می توان با استفاده از بلوک، پیوند و کوپلیمریزاسیون تهیه کرد. مارک آ و همکارانش مواد کوپلیمر سه بلوکی PLA-PM-PLA را از طریق پلیمریزاسیون رادیکال انتقال اتم (ATRP) ساختند که این نوع پلیمر دمای انتقال پایین و تجزیه پذیری بالایی دارد. گرافن با نانوساختار کربن دو بعدی کاربرد علمی و اقتصادی قابل توجهی در حوزه های شیمی، فیزیک، مواد و الکترونیک دارد. به ویژه اینکه، مقاومت مکانیکی بالا و عملکرد ضد باکتریایی آن را به یک نانوفیلر ایده آل تبدیل کرده است.
اخیرا چندین مطالعه بیان کردند که با افزودن گرافن به مواد کامپوزیتی، خواص آنتی باکتریال مواد تقویت می شود. تنگفی تیان و همکارانش کامپوزیت GO-IONP-AgNPs را با رشد نانوذرات اکسید آهن (IONPs) و نانوذرات نقره (AgNPs) روی سطح اکسید گرافن (GO) تولید کردند که عملکرد آنتی باکتریال بسیار بالایی را نشان داد. گرافن/ مشتقات گرافن/ مواد کامپوزیت L-لیسین از طریق برهمکنش های الکترواستاتیک و پیوند کووالانسی تهیه شدند که می توانند فعالیت ضدباکتریایی قوی با اثر غیر سیتوتوکسیک بر محیط را به همراه داشته باشد. فرانسیس پرالت و همکارانش طراحی غشای پلی آمید کاموزیت لایه نازک حاوی نانوورق های اکسید گرافن بیوسیدال با عملکرد آنتی باکتریال بسیار عالی را تفسیر کردند. به تازگی، مسیرهای سنتز متعددی برای آماده سازی مواد پلی یورتان زیست تخریب پذیر پیشنهاد شده است. با این حال، پلی کاپرولاکتون (PCL)، پلی لاکتیک اسید (PLA) و غیره بعنوان مواد پلی یورتان زیست تخریب پذیر معمولا با مشکلاتی همچون کریستالیزاسیون بالا، سرعت کند هیدرولیز و چسبندگی ضعیف به ماتریس مواجه هستند. با اینکه پیشرفت قابل توجهی در طراحی پلی یورتان زیست تخریب پذیر حاصل شده است، انجام تحقیقات گسترده در این زمینه بایستی منجر به توسعه بهتر مواد زیست تخریب پذیر در آینده شود. در این مقاله، مواد هیبرید پلی یورتان جدید تهیه شده است که در آنها میزان تجزیه پذیری با تنظیم نسبت جرمی گرافن (G) و L-لاکتید (LLA) قابل کنترل است. مجموعه ای از پلی یورتان های تجزیه پذیر با استفاده از گرافن عامل دار پلی L-لاکتید OH بعنوان استارتر طراحی و سنتز شدند که می توانند به دی ایزوسیانات 4-4 دی فنیل متان (MDI) واکنش نشان دهند. انتظار می رود ترکیب کووالانسی شیمیایی گرافن در یک زنجیره پلیمری زیست تخریب پذیر عملکرد ضد باکتریایی مواد کامپوزیت پلیمری را بهبود بخشد. از سوی دیگر، عامل دار شدن شیمیایی کووالانسی گرافن برای افزایش عمر مفید پلی یورتان، به دلیل پیوند قوی آن با مواد معدنی و ارگانیک مناسب است. علاوه براین، برای تولید محصول زیست تجزیه پذیر از ترکیب گرافن در پلی یورتان استفاده می شود. بنابراین، مواد کامپوزیت پلی یورتان تجزیه پذیر جدید حاوی ترکیب گرافن با موفقیت تولید شد که پتانسیل بالایی برای عایق های زیست تخریب پذیر دارد.
در این مطالعه از یک روش سنتز جدید برای تهیه پلی یورتان تجزیه پذیر حاوی گرافن استفاده شد که موفقیت از طریق ترکیب واکنش حلقه باز و واکنش تراکمی انجام شد. تجزیه و تحلیل FTIR و ¹H NMR نشان داد که PLLA را می توان با موفقیت روی سطح گرافن پیوند زد. با افزایش محتوای گرافن، مقدار Tg در G-g-PLLA به دلیل تاثیر ترکیب گرافن بر تحرک زنجیره های PLLA، افزایش نسبی دارد. آزمایش هیدرولیز استاتیک نشان داد که ترکیب گرافن باعث افزایش پتانسیل هیدرولیز پلی یورتان می شود. مواد کوپلیمر G-g-PLLA-b-PU با تجزیه در آب دریا یک سطح صاف را ایجاد می کند و آزمایش شبیه سازی اقیانوس آویزان هم ثابت کرد که این ماده کوپلیمر، در مقایسه با پلی یورتان معمولی عملکرد ضد رسوبی بهتری دارد که بعنوان یک پوشش ضد رسوب دریایی عمل می کند.
