ФОТОДЕСТРУКЦІЯ БІОРОЗКЛАДНИХ ПОЛІМЕРНИХ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ ПОЛІЛАКТИДУ І ПОЛІКАПРОЛАКТОНУ
DOI:
https://doi.org/10.30857/2786-5371.2026.1.1Ключові слова:
біополімерні покриття, фотоокиснення, водні дисперсії, плівкоутворення, кут змочування, поверхнева енергія, ІЧ-спектроскопіяАнотація
Мета. Порівняння стійкості до фотодеструкції покриттів на основі полілактиду та полікапролактону залежно від природи полімеру та способу формування плівки.
Методика. Водні дисперсії одержували методом емульгування розчину полімеру в дихлорметані, з подальшим видаленням органічного розчинника, промиванням і концентруванням. Плівки з дисперсій формували нанесенням на металеву підкладку з наступною термічною обробкою до утворення суцільного покриття.
Для оцінки змін, спричинених УФ-опроміненням, було визначено кут змочування водою, поверхневу енергію, а також проаналізовано ІЧ-спектри плівок. Проаналізовано особливості плівкоутворення та визначено показник текучості розплаву гранул полілактиду і полікапролактону для оцінки можливого зв’язку між реологічними характеристиками полімеру та температурою коалесценції частинок.
Результати. Встановлено, що під дією УФ-опромінення поверхня обох полімерів швидко гідрофілізується. Для плівок, отриманих із розчинів, після 8 годин опромінення кут змочування зменшувався з 74±3° до 24±3° для полілактиду та з 85±3° до 40±3° для полікапролактону. Для покриттів, сформованих із водних дисперсій, відповідні значення змінювалися з 79±3° до 33±3°та з 58±3° до 43±3°. За даними ІЧ-спектроскопії встановлено зростання площі плеча карбонільного піку в області 1700–1690 см-1, що пов’язано з накопиченням карбонових кислот як продуктів фотоокиснення. Показано, що покриття, сформовані з водних дисперсій, виявляють дещо вищу стійкість до дії УФ-випромінювання порівняно з плівками, отриманими з розчинів.
Наукова новизна. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю поєднання екологічних переваг біополімерів із достатньою експлуатаційною стабільністю покриттів під дією зовнішніх чинників, зокрема ультрафіолетового випромінювання.
Практична значимість роботи полягає у встановленні впливу способу формування покриттів на їх стійкість до УФ-старіння, що може бути використано під час розроблення біорозкладних полімерних матеріалів із заданими експлуатаційними властивостями. Отримані результати можуть бути використані для обґрунтування вибору способу формування біорозкладних покриттів із прогнозованою стійкістю до фотостаріння.
Посилання
Belletti, G., Buoso, S., Ricci, L., Guillem-Ortiz, A., Aragón-Gutiérrez, A., Bortolini, O., & Bertoldo, M. (2021). Preparations of Poly(lactic acid) Dispersions in Water for Coating Applications. Polymers, 13(16), 2767. DOI: https://doi.org/10.3390/polym13162767.
Brock, T., Groteklaes, M., & Mischke, P. (2010). European Coatings Handbook (2nd ed.). Vincentz Network. URL: https://download.e-bookshelf.de/download/0000/8409/12/L-G-0000840912-0019948100.pdf.
Calosi, M., D’Iorio, A., Buratti, E., Cortesi, R., Franco, S., Angelini, R., & Bertoldo, M. (2024). Preparation of high-solid PLA waterborne dispersions with PEG-PLA-PEG block copolymer as surfactant and their use as hydrophobic coating on paper. Progress in Organic Coatings, 193, 108541. DOI: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2024.108541.
Chen, G., Li, J., Sun, Y., Wang, Z., Leeke, G. A., Moretti, C., Cheng, Z., Wang, Y., Li, N., Mu, L., Li, J., Tao, J., Yan, B., & Hou, L. (2023). Replacing Traditional Plastics with Biodegradable Plastics: Impact on Carbon Emissions. Engineering, 32, 152–162. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.10.002.
Copinet, A., Bertrand, C., Govindin, S., Coma, V., & Couturier, Y. (2004). Effects of ultraviolet light (315 nm), temperature and relative humidity on the degradation of polylactic acid plastic films. Chemosphere, 55(5), 763–773. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2003.11.038.
Dwivedi, R., Kumar, S., Pandey, R., Mahajan, A., Nandana, D., Katti, D. S., & Mehrotra, D. (2019). Polycaprolactone as biomaterial for bone scaffolds: Review of literature. Journal of Oral Biology and Craniofacial Research, 10(1), 381–388. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobcr.2019.10.003.
França, D. C., Morais, D. D., Bezerra, E. B., Araújo, E. M., & Wellen, R. M. R. (2018). Photodegradation Mechanisms on Poly(ε-caprolactone) (PCL). Materials Research, 21(5). DOI: https://doi.org/10.1590/1980-5373-mr-2017-0837.
Glaskova-Kuzmina, T., Starkova, O., Gaidukovs, S., Platnieks, O., & Gaidukova, G. (2021). Durability of biodegradable polymer nanocomposites. Polymers, 13(19), 3375. DOI: https://doi.org/10.3390/polym13193375.
Huang, S., Dong, Q., Che, S., Li, R., & Tang, K. H. D. (2025). Bioplastics and biodegradable plastics: A review of recent advances, feasibility and cleaner production. The Science of the Total Environment, 969, 178911. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2025.178911.
Jahangiri, F., Mohanty, A. K., & Misra, M. (2024). Sustainable biodegradable coatings for food packaging: challenges and opportunities. Green Chemistry, 26(9), 4934–4974. DOI: https://doi.org/10.1039/d3gc02647g.
Koo, G., & Jang, J. (2008). Surface modification of poly(lactic acid) by UV/Ozone irradiation. Fibers and Polymers, 9(6), 674–678. DOI: https://doi.org/10.1007/s12221-008-0106-1.
Lau, W. W. Y., Shiran, Y., Bailey, R. M., Cook, E., Stuchtey, M. R., Koskella, J., Velis, C. A., Godfrey, L., Boucher, J., Murphy, M. B., Thompson, R. C., Jankowska, E., Castillo, A. C., Pilditch, T. D., Dixon, B., Koerselman, L., Kosior, E., Favoino, E., Gutberlet, J., . . . Palardy, J. E. (2020). Evaluating scenarios toward zero plastic pollution. Science, 369(6510), 1455–1461. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aba9475.
Man, W., & Russel, W. B. (2008). Direct measurements of critical stresses and cracking in thin films of colloid dispersions. Physical Review Letters, 100(19), 198302. DOI: https://doi.org/10.1103/physrevlett.100.198302.
Mokoena, T. E., Mokoena, L. S., & Mofokeng, J. P. (2025). The impact of Micro-Nanoparticles on morphology, thermal, barrier, mechanical, and thermomechanical properties of PLA/PCL blends for application in personal hygiene: a review. Polymers, 17(17), 2396. DOI: https://doi.org/10.3390/polym17172396.
Myronyuk, O., Baklan, D., Bilousova, A., Smalii, I., Vorobyova, V., Halysh, V., & Trus, I. (2025). Plasticized Polylactide Film Coating Formation from Redispersible Particles. AppliedChem, 5(3), 14. DOI: https://doi.org/10.3390/appliedchem5030014.
Narancic, T., Cerrone, F., Beagan, N., & O’Connor, K. E. (2020). Recent advances in bioplastics: application and biodegradation. Polymers, 12(4), 920. DOI: https://doi.org/10.3390/polym12040920.
Olewnik-Kruszkowska, E., Koter, I., Skopińska-Wiśniewska, J., & Richert, J. (2015). Degradation of polylactide composites under UV irradiation at 254 nm. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 311, 144–153. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2015.06.029.
Semerdzhiev, S. A., Van Der Kooij, H. M., Fokkink, R., Van Der Gucht, J., & Sprakel, J. (2024). Quantifying the Open Time and Film Formation of Waterborne Coatings with Laser Speckle Imaging. ACS Applied Optical Materials, 2(5), 750–760. DOI: https://doi.org/10.1021/acsaom.4c00051.
Tzitzinou, A., Jenneson, P., Clough, A., Keddie, J., Lu, J., Zhdan, P., Treacher, K., & Satguru, R. (1999). Surfactant concentration and morphology at the surfaces of acrylic latex films. Progress in Organic Coatings, 35(1–4), 89–99. DOI: https://doi.org/10.1016/S0300-9440(99)00017-X.
Voogt, B., Huinink, H. P., Erich, S. J. F., Scheerder, J., Venema, P., Keddie, J. L., & Adan, O. C. G. (2019). Film Formation of High Tg Latex Using Hydroplasticization: Explanations from NMR Relaxometry. Langmuir, 35(38), 12418–12427. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b01353.
Vukoje, M., Kulčar, R., Ivanda, K. I., Bota, J., & Cigula, T. (2022). Improvement in thermochromic offset print UV stability by applying PCL nanocomposite coatings. Polymers, 14(7), 1484. DOI: https://doi.org/10.3390/polym14071484.
Wu, Y., Gao, X., Wu, J., Zhou, T., Nguyen, T. T., & Wang, Y. (2023). Biodegradable polylactic Acid and its composites: characteristics, processing, and sustainable applications in sports. Polymers, 15(14), 3096. DOI: https://doi.org/10.3390/polym15143096.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Технологии и инжиниринг
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
