Condiciones óptimas de procesamiento para la máxima tasa de cristalización de poli(3
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Condiciones óptimas de procesamiento para la máxima tasa de cristalización de poli(3

Apr 13, 2023

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 497 (2023) Citar este artículo

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Se estudió el efecto de las historias térmicas y de cizallamiento sobre la tasa de cristalización del poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato) (PHBHHx). Al igual que con otros polímeros cristalinos, el historial de cizallamiento afectó en gran medida a la velocidad de cristalización cuando la velocidad de cizallamiento estaba más allá de un valor crítico, es decir, el inverso del tiempo de relajación de Rouse. Incluso después de la formación de cristales de cadena extendida, la textura de la esferulita era claramente discernible. Creció a partir de ciertos puntos en los cristales de cadena extendida. En consecuencia, apareció una fila de esferulitas a lo largo de la dirección del flujo. La temperatura de la resina en estado fundido también fue significativa. Cuando la muestra se calentó a 170 °C, que está más allá del pico principal de fusión en la curva de calorimetría diferencial de barrido, los cristales no fundidos no afectaron las propiedades viscoelásticas lineales. Actuaron como agentes de nucleación efectivos para el resto del polímero durante el enfriamiento. Por lo tanto, la historia del cizallamiento apenas afectó la tasa de cristalización y el número de esferulitas.

El plástico es un material sintético notable porque es fuerte, duradero y liviano, y por lo tanto puede usarse como un sustituto más eficiente de otros materiales. Las propiedades de un plástico también se pueden personalizar alterando el método de su síntesis y los aditivos incluidos, haciéndolo útil en una amplia gama de industrias y en nuestra vida diaria1,2. Sin embargo, si no se gestionan adecuadamente, estos maravillosos materiales provocarán inevitablemente una crisis de residuos con consecuencias desastrosas para los seres vivos y el medio ambiente. La solución a este problema requiere una gestión adecuada de los residuos y el desarrollo de plásticos inocuos para el medio ambiente. Por lo tanto, se han inventado bioplásticos y materiales alternativos con degradabilidad mejorada3,4,5.

El poli(3-hidroxibutirato) (PHB) es uno de los bioplásticos más atractivos porque se produce a partir de recursos renovables y se biodegrada fácilmente en dióxido de carbono y agua, incluso en el océano6,7,8,9,10. Sin embargo, es propenso a una degradación térmica severa a través de la descomposición del éster del anillo de seis miembros a las temperaturas requeridas para el procesamiento11,12. Aunque la tasa de degradación y su impacto en la procesabilidad se han predicho cuantitativamente, la mala procesabilidad de PHB no puede ignorarse13,14. Por lo tanto, se realizó un estudio intensivo sobre la incorporación de otra especie de monómero que bajaría el punto de fusión del polímero para permitir el procesamiento a baja temperatura15,16. El poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato) (PHBHHx) es uno de estos copolímeros de éxito comercial. Hasta la fecha, PHBHHx se ha utilizado en diversas aplicaciones, como bolsas de la compra, cubiertos, pajitas y envases de alimentos17,18. Para ampliar aún más la aplicabilidad de PHBHHx, es necesario aumentar su tasa de cristalización para reducir el tiempo de ciclo y/o aumentar la tasa de producción19,20,21,22,23. Por lo tanto, considerando las operaciones de procesamiento reales, en este estudio se examinó el comportamiento de cristalización de un PHBHHx con varias historias térmicas y de corte.

Hasta ahora, ha habido una serie de estudios sobre el comportamiento de cristalización de PHB y sus copolímeros. Según ellos, el PHB generalmente forma una forma ortorrómbica, que se denomina forma α, bajo métodos de enfriamiento convencionales24, y su punto de fusión de equilibrio \(T_{m}^{0}\) es de alrededor de 200 °C25. Teniendo en cuenta que la tasa de crecimiento lineal de la cristalización alcanza un máximo entre \(T_{m}^{0}\) y la temperatura de transición vítrea Tg, que es de alrededor de 10 °C26, la temperatura adecuada para mejorar la cristalización es de alrededor de 105 °C27 . Esto fue apoyado por resultados experimentales28. En general, se sabe que el PHB y sus copolímeros forman esferulitas relativamente grandes, porque el proceso de nucleación es bastante lento. Por ello, se han utilizado diversos materiales para aumentar los núcleos, como el talco, el nitruro de boro, la hidroxiapatita, el nanotubo de carbono, el óxido de terbio, el uracilo, la timina, el ácido orótico, el ácido benzoico10, la behenamida y sus derivados y el dietil 4,5,10, 11-tetraoxo-3,6,9,12-tetraazatetradecano-1,14-dioato29. También se estudió la cristalización inducida por flujo. Es bien sabido que el estiramiento de la cadena durante el flujo es responsable de la formación de shish21,30,31,32,33,34. Por lo tanto, una fracción de alto peso molecular que tiene un largo tiempo característico para el estiramiento de la cadena, es decir, el tiempo de relajación de Rouse, juega un papel importante en la etapa temprana de la cristalización inducida por el flujo, aunque el PHB y sus copolímeros producidos por microbios suelen tener estrechos distribución de pesos moleculares. Por lo tanto, Fujita et al.35 agregaron el PHB de alto peso molecular mezclando la solución para inducir la formación de shish-kebab y confirmaron que se mejoró la formación de la estructura de shish-kebab. Sin embargo, a escala industrial, no es fácil añadir una pequeña cantidad de una fracción de alto peso molecular de forma homogénea. La adición de un homopolímero a un copolímero también se usa a menudo para mejorar la velocidad de cristalización. Sin embargo, en el caso de PHBHHx, la degradación térmica se convierte en un grave problema cuando se usa el homopolímero, es decir, PHB.

El PHBHHx fue fabricado por Kaneka Corp., Japón. El contenido de 3-hidroxihexanoato es del 5,4% en moles y el punto de fusión en el primer calentamiento de los gránulos de muestra fue de 147 °C según las mediciones de calorimetría diferencial de barrido (DSC) obtenidas a 10 °C min−1. Los pesos moleculares promedio en número, peso, z y z + 1 fueron Mn = 89 000, Mw = 179 000, Mz = 284 000 y Mz+1 = 389 000 g/mol, respectivamente, medidos por cromatografía de permeación en gel ( GPC) usando cloroformo como solvente y poliestireno como estándar. También se usaron mediciones de dispersión de luz multiángulo combinadas con GPC para evaluar el peso molecular promedio en peso. Según los resultados, el factor Q fue de 0,457.

Los gránulos de PHBHHx se secaron durante 3 h a 80 °C en un horno de vacío antes del proceso de fusión. Las muestras obtenidas se moldearon en películas planas (100–300 µm de espesor) utilizando una máquina de moldeo por compresión (prensa de prueba tipo mesa; Tester Sangyo Co., Ltd., Saitama, Japón) a 180 °C durante 2 min. Las películas se cortaron en trozos pequeños para poder evaluar sus propiedades reológicas y su comportamiento de cristalización utilizando un microscopio óptico de polarización (POM).

La dependencia de la frecuencia del módulo de corte oscilatorio se evaluó usando un reómetro de cono y placa (AR2000ex; TA Instruments, Inc., New Castle, DE, EE. UU.) a 150, 160, 170 y 180 °C bajo una atmósfera de nitrógeno. El diámetro del cono era de 25 mm, el ángulo del cono era de 4° y el barrido de frecuencia se realizó desde 0,01 hasta 249,8 rad s−1.

La temperatura de cristalización se evaluó mediante DSC (DSC8500; PerkinElmer Inc., Waltham, MA, EE. UU.) en atmósfera de nitrógeno. Se colocó una muestra de película de aproximadamente 3 mg en una bandeja de aluminio. Después de calentar a 170 y 180 °C durante 5 min, la muestra se enfrió a 10 °C min−1 para determinar su temperatura de cristalización.

También se evaluó el comportamiento de cristalización de muestras de película con y sin antecedentes de cizallamiento utilizando un POM con configuración polar cruzada (Leica DMLP; Leica Microsystems, Ltd., Wetzlar, Alemania) acoplado a una platina de cizallamiento de placas paralelas hecha de cuarzo (CSS450; Linkam Scientific Instruments, Ltd., Surrey, Reino Unido). El escenario de placas paralelas se cubrió con una cámara de temperatura controlada, que tiene una ventana a 7,5 mm del centro que permite el paso de la luz. Los ángulos entre la dirección del flujo y tanto el polarizador como el analizador eran de 45°. El espacio entre las placas era de 300 µm. El cizallamiento se aplicó durante procesos isotérmicos y de enfriamiento a 10 y 50 s−1 en la posición de la ventana (7,5 mm desde el centro) mediante una rotación de la placa inferior. Se utilizó un fotodetector (PM16-121; Thorlabs Inc., Newton, MA, EE. UU.) en lugar de uno de los oculares para determinar la intensidad de la luz después de pasar a través de un filtro de color de 633 nm. Se instaló una cámara en el otro ocular para investigar la morfología. Los detalles y algunos resultados experimentales obtenidos por esta máquina se informaron en nuestros artículos anteriores36,37. La Figura 1 ilustra los protocolos experimentales para temperatura y corte. El valor de la intensidad de la luz despolarizada (DLI) se calculó utilizando la siguiente ecuación:

donde I0 es la intensidad de la luz que pasa a través de una muestra con polares cruzados, y IX e I|| son las intensidades de luz sin muestra bajo polares cruzadas y paralelas, respectivamente.

Protocolos experimentales. Investigaciones de cristalización durante el proceso de enfriamiento (arriba) y el proceso isotérmico (abajo).

Las propiedades viscoelásticas lineales de las muestras fundidas se evaluaron antes de las mediciones de cristalización, porque las propiedades reológicas, que contienen la información sobre la dinámica molecular, afectan directamente la tasa de crecimiento lateral de la cristalización independientemente del historial de flujo. La figura 2 comprende las curvas maestras que ilustran la dependencia de la frecuencia angular ω de los módulos de cizallamiento oscilatorio, es decir, el módulo de almacenamiento G' y el módulo de pérdida G”, a 160 °C (la temperatura de referencia Tr).

Curvas maestras que ilustran las dependencias de frecuencia del módulo de almacenamiento de cortante G′ y el módulo de pérdida G″. La temperatura de referencia Tr fue de 160 °C.

Tanto G′ como G″ disminuyeron monótonamente al disminuir la frecuencia angular. Las pendientes de las curvas G′ y G″ en la región de baja frecuencia fueron 1 y 2, respectivamente, que son comportamientos viscoelásticos típicos de un polímero fundido38. Por lo tanto, los parámetros reológicos en la zona terminal, es decir, la viscosidad de cizallamiento cero \(\eta_{0}\), el cumplimiento del cizallamiento en estado estacionario \(J_{e}^{0}\) y la relajación promedio en peso tiempo τw, definido en las Ecs. (2)–(4), se calcularon como \(\eta_{0}\) = 3,2 × 102 Pa s, \(J_{e}^{0}\) = 4,0 × 10–5 Pa−1, y τw = 1,2 × 10–2 s a 160 °C.

donde H(τ) es el espectro de relajación.

El valor de τw también se confirmó en la Fig. 2. El inverso de la frecuencia angular en el punto de cruce de las dos líneas rectas fue de 1,3 × 10–2 s. Como es bien sabido, \(J_{e}^{0}\) se ve fuertemente afectado por la distribución del peso molecular. De acuerdo con la Ec. (5), que fue informado por Mills39, el valor de \(J_{e}^{0}\) de PHBHHx monodisperso, es decir,\(J_{e}^{00}\), se calculó en 7,2 × 10 –6 Pa−1.

Usando la relación entre \(J_{e}^{00}\) y el cumplimiento de entrelazamiento \(J_{N}^{0}\), el módulo de la meseta gomosa \(G_{N}^{0}\), que puede estimarse a partir de la Ec. (6)40,41, se calculó en 3,5 × 105 Pa. Investigadores anteriores han evaluado el valor \(G_{N}^{0}\) para PHB y sus copolímeros. Liao et al.42 informaron que era de 2,43 a 3,05 × 105 Pa usando muestras de PHBHHx con un contenido de 3-hidroxihexanoato de 3,8 a 10,0% mol. Ebrahimi et al.43 evaluaron un homopolímero de PHB y encontraron que su \(G_{N}^{0}\) es 2,4 × 105 Pa. Según la ecuación. (7), estos datos dan valores de Me como 9400–14,500. Utilizando los datos obtenidos en el presente estudio, \(G_{N}^{0}\) se calculó en 3,5 × 105 Pa, que es ligeramente superior a los valores obtenidos anteriormente, presumiblemente debido a un error experimental en la distribución del peso molecular. . Sólo una pequeña diferencia en la fracción de alto peso molecular, es decir, Mz, produce una gran diferencia en \(J_{e}^{00}\). Además, \(J_{e}^{0}\) puede contener algún error experimental.

Los factores de desplazamiento horizontal aT en la Fig. 2 proporcionaron la energía de activación de flujo Ea del diagrama de Arrhenius (ecuación (8)), que se calculó en 36,9 kJ mol−1. El valor corresponde a los reportados anteriormente42,44,45.

La figura 3 comprende las curvas de enfriamiento DSC obtenidas a una velocidad de 10 °C min−1. Cuando la muestra se enfrió desde 170 °C, un pico exotérmico fue claramente visible a 93,7 °C, con una temperatura de inicio de aproximadamente 103 °C. Por el contrario, no se observó un pico de cristalización cuando la muestra se enfrió desde 180 °C. El resultado sugirió que los residuos de cristal se fundieron por completo una vez que la muestra se calentó a 180 °C. En otras palabras, existe una pequeña cantidad de cristales a 170 °C y actúan como agentes de nucleación para el material fundido.

Curvas de enfriamiento de calorimetría diferencial de barrido (DSC) obtenidas a 10 °C min−1. Las muestras se enfriaron entre 170 y 180 °C.

El comportamiento de cristalización también se investigó utilizando un POM en las mismas condiciones utilizadas para el análisis DSC. La Figura 4 comprende las curvas de intensidad de luz despolarizada (DLI) obtenidas durante el enfriamiento de 170 y 180 °C. El valor de DLI comenzó a aumentar aproximadamente a 103 °C cuando la muestra se enfrió desde 170 °C, lo que se correspondía bien con el resultado de DSC. Sin embargo, cuando la muestra se enfrió desde 180 °C, el valor aumentó ligeramente a 75 °C. Teniendo en cuenta que la curva DSC no presentó ningún pico/hombro exotérmico, incluso a 75 °C, la observación de POM parece ser más sensible en la etapa temprana de cristalización. La disminución en los valores de DLI después de pasar el máximo en la curva de enfriamiento desde 170 °C debe atribuirse al aumento en la dispersión de luz de las esferulitas.

Curvas de crecimiento de la intensidad de la luz despolarizada (DLI) durante el enfriamiento a 10 °C min−1. La muestra no tenía antecedentes de cizallamiento antes del enfriamiento.

La información morfológica obtenida durante el enfriamiento se muestra en la Fig. 5. Cabe señalar que las imágenes POM no siempre se corresponden con el valor DLI porque la velocidad de obturación de la cámara se seleccionó automáticamente para capturar la imagen con claridad. Por lo tanto, cuando el DLI era bajo, se seleccionó una velocidad de obturación lenta para evitar una imagen oscura.

Imágenes de microscopio óptico de polarización (POM) obtenidas con polares cruzados que indican la morfología de las muestras durante el enfriamiento desde 170 °C (arriba) y 180 °C (abajo) sin antecedentes de cizallamiento. La velocidad de enfriamiento fue de 10 °C min−1.

Independientemente de la temperatura de calentamiento antes del enfriamiento, es decir, 170 o 180 °C, la textura de esferulita se detectó sin ninguna orientación macroscópica. Sin embargo, el número de esferulitas difería significativamente. Se detectaron numerosas esferulitas cuando la muestra se enfrió desde 170 °C. Esto es lo esperado porque a 170 °C los cristales no fundidos actuaron como núcleos. Además, cabe señalar que estos cristales sin fundir apenas afectaron las propiedades viscoelásticas lineales porque la región terminal reológica se detectó claramente, incluso a 150 °C, como se muestra en la Fig. 2. Esto significa que los cristales existían como partículas sólidas que no interactuaban con Cadenas poliméricas en estado fundido. Una vez que los cristales proporcionan una estructura de micela con flecos y/o una estructura de red, se debe detectar un mecanismo de relajación a largo plazo.

La figura 6 muestra las curvas DLI obtenidas durante el enfriamiento desde 170 o 180 °C hasta 130 °C con historial de cizallamiento. Cuando la muestra se enfrió desde 170 °C, el historial de cizallamiento no afectó la temperatura de cristalización. Los residuos de cristal deben jugar un papel dominante en la cristalización. Cuando se enfrió desde 180 °C, por el contrario, la cristalización se produjo a una temperatura más alta después de aplicar el historial de cizallamiento a 50 s-1, lo que demuestra que se produjo una cristalización inducida por cizallamiento. La velocidad de corte crítica para la formación de shish debe estar entre 10 y 50 s−1.

Curvas de crecimiento de intensidad de luz despolarizada (DLI) con/sin historial de cizallamiento aplicado durante el enfriamiento a 10 °C min−1. El historial de cizalla se aplicó desde 170 °C (izquierda) y 180 °C (derecha) hasta 130 °C a 10 y 50 s−1.

Las imágenes POM obtenidas con configuración polar cruzada se muestran en las Figs. 7 y 8. Las morfologías que se muestran en la Fig. 7 eran casi similares a las imágenes superiores de la Fig. 5. Esto es lo esperado porque el corte aplicado no afectó la cinética de cristalización. La cristalización se produjo rápidamente debido a la presencia de cristales no fundidos. El comportamiento de cristalización fue significativamente diferente cuando la muestra se enfrió desde 180 °C. Como se muestra en la Fig. 8, las morfologías después de la exposición a un corte de 10 s−1 fueron similares a las de aquellos sin antecedentes de corte (Fig. 5, abajo). Después de cortar a 50 s−1, el número de esferulitas aumentó notablemente, como se informó anteriormente10,18. Sin embargo, el flujo de corte aplicado no afectó la forma de las esferulitas. El presente resultado sugirió que la orientación de la cadena proporcionada por la cizalla se relajó por completo antes del crecimiento lateral de los cristales.

Imágenes de microscopio óptico de polarización (POM) que muestran la morfología de una muestra. Las imágenes se obtuvieron durante el enfriamiento a velocidades de corte de 10 y 50 s−1. La historia de cizallamiento se aplicó de 170 a 130 °C.

Imágenes de microscopio óptico de polarización (POM) que muestran la morfología de una muestra. Las imágenes se obtuvieron durante el enfriamiento a velocidades de corte de 10 y 50 s−1. La historia de cizallamiento se aplicó de 180 a 130 °C.

Las Figuras 9 y 10 muestran los comportamientos de cristalización isotérmica a 110 °C. Las muestras se enfriaron a flujos de corte de 1, 10 y 50 s−1 a 110 °C, es decir, justo antes del proceso isotérmico. El flujo de cizallamiento tuvo una marcada influencia en la velocidad de cristalización. En particular, los flujos de cizallamiento de 10 y 50 s−1 redujeron en gran medida el período de inducción de la cristalización; 180 s para 10 s−1 y 150 s para 50 s−1. Además, como se indica en la Fig. 10, el flujo de corte aplicado no condujo a una estructura de shish-kebab sino que aumentó el número de núcleos cristalinos. Además, cabe señalar que varias esferulitas se alinearon en una fila en la dirección del flujo después del historial de cizallamiento a 50 s−1. Esta estructura anómala sugirió la existencia de cristales de cadena extendida; es decir, shish presumiblemente se formó durante el flujo. Sin embargo, no fue detectado directamente por la investigación con el POM, porque el diámetro debe ser demasiado pequeño30,32,33,34,35. Posteriormente, una parte del shish se convirtió esporádicamente en núcleo de esferulitas. Debido a que el shish se orientó hacia el flujo, es decir, la dirección vertical, las esferulitas se alinearon en líneas verticales en la muestra que tiene un historial de corte de 50 s−1. La imagen POM también demostró que las esferulitas no exhibieron orientación/deformación en la dirección del flujo, lo que indica que el crecimiento lateral de las esferulitas ocurrió en todas las direcciones. Este resultado demostró que incluso los cristales de cadena extendida no pueden actuar como buenos agentes de nucleación para inducir la transcristalización de PHBHHx. Aunque se desconoce la razón para formar la textura de esferulita, no kebab, existe la posibilidad de que la forma cristalina de shish sea diferente de la de los cristales de cadena plegada.

Curvas de crecimiento de la intensidad de la luz despolarizada (DLI) durante el proceso isotérmico con historial de cizallamiento aplicado durante el enfriamiento a 10 °C min-1. El historial de cizallamiento se aplicó de 180 a 110 °C a 1, 10 y 50 s−1, luego se mantuvo a 110 °C durante 10 min.

Imágenes de microscopio óptico de polarización (POM) que muestran la morfología durante el proceso isotérmico con el historial de cizallamiento aplicado durante el enfriamiento a 10 °C min−1. El historial de cizallamiento se aplicó de 180 a 110 °C a 1, 10 y 50 s−1, luego se mantuvo a 110 °C durante 10 min.

El tiempo de relajación promedio en peso τw a 110 °C fue predicho por la energía de activación del flujo Ea, y se encontró que era 0.040 s. Por lo tanto, el número de Weissenberg asociado con el movimiento de reptación33, dado por la Ec. (9), se hizo mayor que 1 a los 50 s−1. El resultado indica la posibilidad del crecimiento anisotrópico de cristales en la etapa temprana de cristalización. Sin embargo, debido a la lenta tasa de crecimiento lineal de PHBHHx, la mayoría de las cadenas fundidas perdieron su orientación antes de la cristalización, lo que resultó en esferulitas normales.

Además, el número de Weissenberg asociado con el modo de Rouse, definido en la Eq. (10), debe ser mayor que 1 en 10 s−1 porque el número de cristales aumentó notablemente.

El tiempo de relajación de Rouse está determinado por el peso molecular de la siguiente manera:

donde τe es el tiempo de relajación de Rouse de un segmento de cadena entre puntos de enredo vecinos, y se informa que es 3 × 10–4 s para PHB34. Asumiendo que Me es 10,700, el peso molecular requerido para la formación de shish en \(\dot{\gamma } = 10\) s−1 debe ser mayor que 195,000. Eso es más alto que el Mz+1 de la presente muestra, que es 183.000 (el peso molecular absoluto). Esto es lo esperado porque una pequeña cantidad de una fracción de alto peso molecular, por ejemplo, 0,1%46, es suficiente para la formación de shish.

El comportamiento de cristalización de PHBHHx se estudió considerando las condiciones de procesamiento reales. La temperatura de fusión antes del enfriamiento afecta notablemente la tasa de cristalización. No se recomienda calentar una muestra a 180 °C o más porque todos los residuos de cristal se derriten, lo que da como resultado una nucleación lenta. La fusión a 170 °C retuvo los cristales no fundidos sin afectar las propiedades reológicas. Estos cristales no fundidos actúan como agentes de nucleación y aumentan considerablemente la tasa de cristalización. El resultado indicó que los cristales sin fundir existen fácilmente incluso sin añadir otro PHBHHx que no tenga o tenga menos contenido de hidroxihexanoato. Esta es información importante para acelerar la tasa de cristalización, especialmente en las operaciones de procesamiento secundario, como el termoformado, el moldeado por inyección y soplado y el estiramiento en caliente. Cuando los cristales no fundidos se funden por exposición a una temperatura alta, se debe aplicar un fuerte flujo de cizallamiento, en el que el número de Weissenberg asociado con el modo de Rouse es mayor que la unidad. Esta situación promueve la formación de shish. Sin embargo, una estructura cristalina orientada como el shish kebab está ausente en gran medida después del cese del flujo. En el presente estudio, en lugar de la formación de una estructura cristalina orientada, aparecieron varias esferulitas en una fila orientadas con la dirección del flujo. Esta estructura única debe tener su origen en el crecimiento esporádico de esferulitas en los cristales de cadena extendida.

Todos los conjuntos de datos utilizados y/o los análisis realizados y los resultados obtenidos están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

Brydson, JA Materiales Plásticos (Elsevier, 1999).

Google Académico

Gilbert, Materiales plásticos de M. Brydson (William Andrew, 2016).

Google Académico

Chanprateep, S. Tendencias actuales en polihidroxialcanoatos biodegradables. J. Biosci. Bioing. 110, 621–632 (2010).

Artículo CAS Google Académico

Bastioli, C. Manual de polímeros biodegradables (Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2020).

Libro Google Académico

Sharma, M. Polímeros biodegradables: materiales y sus estructuras (CRC Press, 2021).

Libro Google Académico

Mergaert, J., Anderson, C., Wouters, A. & Swings, J. Degradación microbiana de poli (3-hidroxibutirato) y poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) en compost. J. Medio Ambiente. polim. degradar 2, 177–183 (1994).

Artículo CAS Google Académico

Iwata, T., Doi, Y., Nakayama, S., Sasatsuki, H. y Teramachi, S. Estructura y degradación enzimática de monocristales de copolímero de poli(3-hidroxibutirato) con una despolimerasa de PHB extracelular de Alcaligenes faecalis T1. Macromoléculas 25, 169–176 (1999).

Artículo CAS Google Académico

Sanyal, P., Samaddar, P. & Paul, A. Degradación de poli (3-hidroxibutirato) y poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) por parte del suelo Aspergillus spp. J. Polym. Reinar. 14, 257–263 (2006).

Artículo CAS Google Académico

Sangkharak, K., Paichid, N., Yunu, T. & Prasertsan, P. Nuevos biocompuestos a base de polihidroxialcanoato obtenidos por fundición en solución y su aplicación para la eliminación de bacterias y la purificación de aguas residuales domésticas. J. Polym. Reinar. 28, 1893-1900 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Wang, Q. et al. Cristalización de polihidroxialcanoatos microbianos: una revisión. En t. J. Biol. macromol. 209, 330–343 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Grassie, N., Murray, E. & Holmes, P. La degradación térmica del ácido poli (-(d)-β-hidroxibutírico): Parte 1—Identificación y análisis cuantitativo de productos. polim. degradar Puñalada. 6, 47–61 (1984).

Artículo CAS Google Académico

Kunioka, M. & Doi, Y. Degradación térmica de copoliésteres microbianos: poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) y poli (3-hidroxibutirato-co-4-hidroxibutirato). Macromoléculas 23, 1933–1936 (1990).

Artículo ADS CAS Google Académico

Daly, PA, Bruce, DA, Melik, DH y Harrison, GM Cinética de degradación térmica de poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato). Aplicación J. polim. ciencia 98, 66–74 (2005).

Artículo CAS Google Académico

Yamaguchi, M. & Arakawa, K. Efecto de la degradación térmica sobre las propiedades reológicas del poli (3-hidroxibutirato). EUR. polim. J. 42, 1479–1486 (2006).

Artículo CAS Google Académico

Abe, H. & Doi, Y. Diseño molecular y de materiales de polihidroxialcanoatos biodegradables (PHA). Biopolimero. Biología en línea. química Biotecnología. aplicación 3 (2005).

Arakawa, K., Yokohara, T. y Yamaguchi, M. Mejora de la elasticidad de fusión para poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) mediante la adición de gel débil. Aplicación J. polim. ciencia 107, 1320–1324 (2007).

Artículo Google Académico

Lambert, S. & Wagner, M. Desempeño ambiental de los plásticos biodegradables y de base biológica: El camino a seguir. química Soc. Rev. 46, 6855–6871 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Kumar, V., Sehgal, R. & Gupta, R. Mezclas y compuestos de polihidroxialcanoatos (PHA) y sus aplicaciones. EUR. polim. J. 161, 110824 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Yamaguchi, M. & Arakawa, K. Control de propiedades mecánicas estructurales para mezclas binarias de poli(3-hidroxibutirato) y derivados de celulosa. Aplicación J. polim. ciencia 103, 3447–3452 (2007).

Artículo CAS Google Académico

Balzano, L., Kukalyekar, N., Rastogi, S., Peters, GW y Chadwick, JC Cristalización y disolución de precursores inducidos por flujo. física Rev. Lett. 100, 048302 (2008).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Mykhaylyk, OO et al. Control de la morfología estructural en la cristalización de polímeros inducida por cizalla. Macromoléculas 43, 2389–2405 (2010).

Artículo ADS CAS Google Académico

Duangphet, S., Szegda, D., Song, J. & Tarverdi, K. El efecto del extensor de cadena en poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato): degradación térmica, cristalización y comportamientos reológicos. J. Polym. Reinar. 22, 1–8 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Nie, C. et al. Avances recientes en la cristalización de polímeros inducida por flujo. J. Polym. ciencia 60, 3149–3175 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Yokouchi, M., Chatani, Y., Tadokoro, H., Teranishi, K. & Tani, H. Estudios estructurales de poliésteres: 5. Estructuras moleculares y cristalinas de poli(β-hidroxibutirato) ópticamente activo y racémico. Polímero 14, 267–272 (1973).

Artículo CAS Google Académico

Barham, PJ, Keller, A., Otun, EL y Holmes, PA Cristalización y morfología de un termoplástico bacteriano: poli-3-hidroxibutirato. J.Mater. ciencia 19, 2781–2794 (1984).

Artículo ADS CAS Google Académico

Okui, N. Relaciones entre la temperatura de fusión, la temperatura máxima de cristalización y la temperatura de transición vítrea. Polímero 31, 92–94 (1990).

Artículo CAS Google Académico

Reiter, G. & Sommer, JU Cristalización de polímeros: observaciones, conceptos e interpretaciones (Springer Science & Business Media, 2003).

Libro Google Académico

Iannace, S., Ambrosio, L., Huang, S. y Nicolais, L. Mezclas de poli(3-hidroxibutirato)-co-(3-hidroxivalerato)/poli-l-lactida: propiedades térmicas y mecánicas. Aplicación J. polim. ciencia 54, 1525-1535 (1994).

Artículo CAS Google Académico

Wypych, G. Manual de agentes nucleantes (ChemTec Publishing, 2016).

Google Académico

De, GP Coil-transición de estiramiento de polímeros flexibles diluidos bajo gradientes de ultra alta velocidad. J. Chem. física 60, 5030 (1974).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Housmans, JW, Steenbakkers, RJ, Roozemond, PC, Peters, GW y Meijer, HE Saturación de núcleos puntuales y transición a estructuras orientadas en cristalización inducida por flujo de polipropileno isotáctico. Macromoléculas 42, 5728–5740 (2009).

Artículo ADS CAS Google Académico

Watanabe, K. et al. Mecanismo de aceleración de las tasas de crecimiento bajo flujo de cizalla debido a la fusión orientada: la nueva morfología del cristal espiral (Spiralita). Macromoléculas 39, 1515–1524 (2006).

Artículo ADS CAS Google Académico

Van, MJ, Peters, GW y Hütter, M. Hacia una clasificación reológica de experimentos de cristalización inducida por flujo de polímeros fundidos. Reol. Acta 44, 119–134 (2004).

Artículo Google Académico

Ebrahimi, T. et al. Mezclas binarias de estrella entrelazada y poli(hidroxibutirato) lineal: efecto de liberación de restricciones y dilatación dinámica del tubo. Macromoléculas 50, 2535–2546 (2017).

Artículo ADS CAS Google Académico

Fujita, M. et al. Morfología y degradación enzimática de película delgada orientada de poli [(R)-3-hidroxibutirato de ultra alto peso molecular]. Biomacromol 5, 1787–1791 (2004).

Artículo CAS Google Académico

Kida, T. et al. Efecto de cadenas moleculares de ultra alto peso molecular sobre la morfología, cristalización y propiedades mecánicas del polipropileno. Polímeros 13, 4222 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Janchai, K., Kida, T., Inoue, T., Iwasaki, S. y Yamaguchi, M. Comportamiento de cristalización del polipropileno isotáctico que contiene un agente de nucleación fibroso en un campo de flujo. polim. J. 54, 367–375 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Yamaguchi, M. Fabricación de poliésteres a base de biomasa de alto rendimiento mediante un enfoque reológico. Manob. compos. Renovar. Mate. Des. Fabricación 2, 25 (2017).

CAS Google Académico

Mills, N. Elasticidad de los fundidos de polidimetilsiloxano. Naturaleza 219, 1249-1250 (1968).

Artículo ADS CAS Google Académico

Sawada, T., Qiao, X. & Watanabe, H. Reología de líquidos poliméricos entrelazados: imágenes y problemas moleculares actuales. J. Soc. Reol. 3, 1–14 (2003).

Google Académico

Auhl, D., Ramirez, J., Likhtman, AE, Chambon, P. & Fernyhough, C. Comportamiento de flujo de corte lineal y no lineal de fundidos de poliisopreno monodisperso con una amplia gama de pesos moleculares. J. Reol. 52, 801–835 (2008).

Artículo ADS CAS Google Académico

Liao, Q., Noda, I. y Frank, CW Viscoelasticidad de fusión de copolímeros de poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato) biodegradables. Polímero 50, 6139–6148 (2009).

Artículo CAS Google Académico

Ebrahimi, T., Aluthge, DC, Hatzikiriakos, SG y Mehrkhodavandi, P. Catalizadores de zinc quirales altamente activos para la polimerización inmortal de β-butirolactona en poli (hidroxibutirato) rico en sindio procesable en estado fundido. Macromoléculas 49, 8812–8824 (2016).

Artículo ADS CAS Google Académico

Harrison, GM & Melik, DH Aplicación de la cinética de degradación a la reología de poli(hidroxialcanoatos). Aplicación J. polim. ciencia 102, 1794–1802 (2006).

Artículo CAS Google Académico

Xu, P. et al. Condiciones críticas determinadas por reología para la cristalización inducida por cizallamiento de polihidroxialcanoatos biosintetizados. En t. J. Biol. macromol. 147, 1301–1308 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Hamad, FG, Colby, RH y Milner, ST Inicio de la cinética de cristalización inducida por flujo de polipropileno altamente isotáctico. Macromoléculas 48, 3725–3738 (2015).

Artículo ADS CAS Google Académico

Descargar referencias

Una parte de este estudio se basa en los resultados obtenidos de un proyecto, JPNP18016, encargado por la Organización para el Desarrollo de Nuevas Energías y Tecnologías Industriales (NEDO).

Escuela de Ciencias de los Materiales, Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón, 1-1 Asahidai, Nomi, Ishikawa, 923-1292, Japón

Khunanya Janchai, Takumitsu Kida y Masayuki Yamaguchi

Laboratorios de tecnología Green Planet, Kaneka Corporation, 5-1-1 Torikainishi, Settu, Osaka, 566-0072, Japón

Takenobu Sunagawa y Tetsuo Okura

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Conservación e investigación de datos, KJ; Metodología, KJ y TK; Redacción del borrador original, KJ; Muestras, TS y TO; Revisión y edición de escritura, TK y MY Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final.

Correspondencia a Khunanya Janchai o Masayuki Yamaguchi.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Janchai, K., Kida, T., Yamaguchi, M. et al. Condiciones de procesamiento óptimas para la máxima tasa de cristalización de poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato). Informe científico 13, 497 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-27595-3

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Recibido: 24 de octubre de 2022

Aceptado: 04 enero 2023

Publicado: 10 enero 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-27595-3

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