プラズマ処理とTEMPO酸化によるポリ(3-ヒドロキシ酪酸)改質セルロース

Poly(3-hydroxybutyrate) Modified by Plasma and TEMPO-Oxidized Celluloses.

• Denis Mihaela Panaitescu
• Sorin Vizireanu
• Sergiu Alexandru Stoian
• Cristian-Andi Nicolae
• Augusta Raluca Gabor
• Celina Maria Damian
• Roxana Trusca
• Lavinia Gabriela Carpen
• Gheorghe Dinescu

抄録

微結晶セルロース(MCC)の表面改質は、Y型チューブを用いたプラズマ処理(MCC-P)とTEMPO媒介酸化(MCC-T)の2つのアプローチによって行われた。いずれの処理も、FTIR及びXPSの結果から明らかなように、セルロースの表面官能基化につながった。しかし、TEMPO酸化は、はるかに強い酸化効果を持っていた、80℃でMCCの熱安定性の低下につながる。プラズマ処理及びTEMPO処理したセルローズをポリ(3-ヒドロキシ酪酸)マトリックス(PHB)に添加し、複合材料(PHB-MCC-P及びPHB-MCC-T)のモルフォロジー,熱的及び機械的特性に異なる影響を与えた。しかし、いずれの処理も繊維-ポリマー界面の改善と機械的特性の改善に効果的であり、室温での複合材料の貯蔵弾性率は、PHB-MCC-Pで184%、PHB-MCC-Tで167%増加した。機械的性質の最大の増加は、TEMPO酸化によりセルロースの表面改質がより強く誘導されたものの、プラズマ改質セルロースを含む複合材料で観察された。これは、この最後のケースでは、より進行した分解の悪影響によるものであった。以上の結果から、セルロース水懸濁液のＹ字型プラズマジェット酸化は、簡単で安価な処理であり、ＰＨＢや他のバイオポリマー補強材のためのセルロースの機能化の有望な方法であることが示された。

Microcrystalline cellulose (MCC) was surface modified by two approaches, namely a plasma treatment in liquid using a Y-shaped tube for oxygen flow (MCC-P) and a TEMPO mediated oxidation (MCC-T). Both treatments led to the surface functionalization of cellulose as illustrated by FTIR and XPS results. However, TEMPO oxidation had a much stronger oxidizing effect, leading to a decrease of the thermal stability of MCC by 80 °C. Plasma and TEMPO modified celluloses were incorporated in a poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) matrix and they influenced the morphology, thermal, and mechanical properties of the composites (PHB-MCC-P and PHB-MCC-T) differently. However, both treatments were efficient in improving the fiber-polymer interface and the mechanical properties, with an increase of the storage modulus of composites by 184% for PHB-MCC-P and 167% for PHB-MCC-T at room temperature. The highest increase of the mechanical properties was observed in the composite containing plasma modified cellulose although TEMPO oxidation induced a much stronger surface modification of cellulose. This was due to the adverse effect of more advanced degradation in this last case. The results showed that Y-shaped plasma jet oxidation of cellulose water suspensions is a simple and cheap treatment and a promising method of cellulose functionalization for PHB and other biopolymer reinforcements.