ポリ乳酸とエチレンビニルアセテート-グリシジルメタクリレートを用いたデンプンの相溶化へのアプローチ

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Int. J. Biol. Macromol..2020 Jun;161:44-58. S0141-8130(20)33440-1. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.06.011.Epub 2020-06-05.

ポリ乳酸とエチレンビニルアセテート-グリシジルメタクリレートを用いたデンプンの相溶化へのアプローチ

An approach for compatibilization of the starch with poly(lactic acid) and ethylene-vinyl acetate-glycidyl-methacrylate.

Pengkai Wang
ZhouYi Xiong
Peng Fei
Jie Cai
Noman Walayat
Hanguo Xiong

PMID: 32512092 DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.06.011.

抄録

本研究では、親水性デンプンと疎水性ポリ乳酸（PLA）およびエチレン-酢酸ビニル-グリシジルメタクリレート（EVA-GMA）との相溶性を改善するための新しい相溶化剤として、ジメチルジデシルアンモニウムブロマイド（DDAB）修飾グラフェン酸化物量子ドット（DDAB-GOQDs）の可能性を評価した。DDAB-GOQDsの合成の成功は、フーリエ変換赤外分光法(FTIR)、透過電子顕微鏡(TEM)及びゼータプラスアッセイによって検証された。示差走査熱量測定(DSC)、偏光光学顕微鏡(POM)および等温結晶化速度解析の結果、0.25%のDDAB-GOQDsは、ナノコンポジットの球晶サイズを減少させるだけでなく、結晶化率と核生成密度を有意に増加させることが示された。0.25%のDDAB-GOQDsを含むナノコンポジットは、純粋な複合材料と比較して、熱安定性と表面疎水性が明らかに向上し、最大分解温度と接触角が22℃および24.1°上昇し、貯蔵弾性率とUV遮蔽能力も同様に向上した。また、形態解析、FTIR及びクリープ挙動試験の結果、DDAB-GOQDsを0.25%添加することで、高分子成分内での強い極性水素結合や静電力によるネットワーク形成を促進し、ナノコンポジットの界面適合性を向上させることが明らかになった。全体として、(0.25%)DDAB-GOQDsは、結晶化、熱安定性、バリア性、耐クリープ性の向上により、PLA/スターチ/EVA-GMAシステムの効果的な相溶化剤として機能することがわかった。

In this study, we evaluated the possibility of dimethyldidodecylammonium bromide (DDAB)-modified graphene oxide quantum dots (DDAB-GOQDs) as a new compatibilizer to improve the compatibility of hydrophilic starch with hydrophobic polylactic acid (PLA) and ethylene-vinyl acetate-glycidylmethacrylate (EVA-GMA). The successful synthesis of DDAB-GOQDs was verified by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Transmission electron microscopy (TEM) and Zeta-Plus assay. The differential scanning calorimetry (DSC), polarized light optical microscopy (POM) and iso-thermal crystallization kinetics analysis showed that 0.25% DDAB-GOQDs could significantly increase the crystallization rate and nucleation density as well as reduce the spherulites size of the nanocomposites. Compared to pure composites, the nanocomposites containing 0.25% DDAB-GOQDs showed obvious enhancement in thermal stability and surface hydrophobicity, with an increase of ~22 °C and ~24.1° in the maximum decomposition temperature and contact angle, coupled with similar improvement in the storage modulus and UV-shielding capacity. Morphological analysis, FTIR and creep behavior experiments revealed that adding 0.25% DDAB-GOQDs enhanced the interface compatibility of the nanocomposites by promoting the formation of the interpenetrated network through strong polar hydrogen bond or electrostatic force within the polymeric components. Overall, (0.25%) DDAB-GOQDs can serve as an effective compatibilizer for the PLA/starch/EVA-GMA system due to improved crystallization, thermal stability, barrier properties and creep-resistance.