Nanokompozitní plniva na bázi jílových minerálů a hydroxyapatitu pro polymerní kompozity

Lenka Pazourková

Doctoral thesis

Nanocomposite fillers based on clay minerals and hydroxyapatite for polymer composites

Abstract:

Disertační práce se zabývá přípravou kalcium deficientního hydroxyapatitu (CDH) na povrchu jílových minerálů vermikulitů (4 lokality) a montmorillonitu (1 lokalita). Nanokompozity jíl/kalcium deficientní hydroxyapatit jsou připravovány dvěma způsoby, a to precipitací a precipitací za přítomnosti ultrazvuku na Na- a Mg- formách jílových minerálů. Připravené nanokompozity jsou charakterizovány metodami rentgenové (RTG) práškové difrakce, infračervené (IČ) spektroskopie, skenovací elektronové mikroskopie a rentgenové fluorescence. Následně je posuzována stabilita, schopnost sorpce a velikost specifického povrchu. V nanokompozitech je zkoumán vliv přípravy na vytvoření CDH a také vliv monoionní formy na vytvoření CDH. Bylo zjištěno, že typ jílové matrice, metoda přípravy ani typ monoionní formy nemají vliv na vytvořený Ca-deficientní hydroxyapatit. Ze všech jílových minerálů je vybrán jeden zástupce vermikulitů a montmorillonit pro přípravu CDH na organicky modifikovaném jílovém minerálu. Vybrané jílové minerály jsou modifikovány léčivem chlorhexidin diacetátem a poté je na takto modifikovaný jílový minerál připraven CDH precipitací. Výsledný hybridní anorgano-organicky modifikovaný jílový minerál je charakterizován RTG difrakcí, IČ spektroskopií a skenovací elektronovou mikroskopií. Z výsledků plyne, že Ca-deficientní hydroxyapatit se vytvoří také na organicky modifikovaném vermikulitu a montmorillonitu. Dále je u těchto nanokompozitů studována antimikrobiální aktivita, která prokázala jejich antimikrobiální účinek. Tyto hybridní anorgano-organicky modifikované jílové minerály jsou následně využity jako plniva do polyethylenových (PE) desek. Polymerní kompozity jsou poté charakterizovány RTG difrakcí a světelnou mikroskopií. U desek je zkoumána antibakteriální aktivita a je provedena predikce biokompatibility. Z RTG difrakční analýzy vyplynulo, že nedochází k interkalaci polyethylenu do jílového plniva. Antibakteriální testy potvrdily antibakteriální aktivitu připravených polyethylenových kompozitů. Predikce biokompatibility prokázala vytvoření apatitové vrstvy na povrchu PE kompozitu, což je nezbytné k aplikaci v biomedicínských oborech.

Abstract:

The dissertation thesis deals with preparation of Ca-deficient hydroxyapatite anchored on the vermiculites (from 4 deposits) and montmorillonite (from 1 deposit) particles surface. The composites of clay mineral/Ca-deficient hydroxyapatite are prepared by precipitation and sonication methods on Na- and Mg- forms of clay minerals. Prepared composites are characterized using X-ray diffraction analysis, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and X-ray fluorescence spectroscopy. The composites are also studied for stability, sorption properties and evaluation of specific surface area. The influence of preparation method where the formation of Ca-deficient hydroxyapatite is studied and also the effect of monoionic forms of clay mineral are compared. The results show that the way of preparation or monoionic forms of clays do not influence creation of Ca-deficient hydroxyapatite. Montmorillonite and one type of vermiculite were selected for Ca-deficient hydroxyapatite preparation on organically modified clay. Selected clay minerals are modified with chlorhexidine diacetate drug. On the surface of organically modified clay mineral the Ca-deficient hydroxyapatite is prepared. Resulting hybrid anorgano-organic modified clay mineral is characterized using XRD analysis, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. Results showed creation of Ca-deficient hydroxyapatite on the surface of organically modified vermiculite and montmorillonite. The prepared composites exhibit antimicrobial activity. These hybrid anorgano-organic modified clay minerals are used as fillers for polyethylene composites. Polymer composites are characterised using X-ray diffraction methods and light microscopy. The polyethylene composites are studied for antibacterial activity and the biocompatibility predication. X-ray diffraction methods proved no intercalation of polyethylene into the interlayer space of clay minerals. Antibacterial tests confirm antibacterial activity of all studied polyethylene composites. Prediction of biocompatibility confirmed creation of apatite layer on the surface of polyethylene composites, which is crucial for utilization in biomedical applications.

Keywords

Vermikulit, Montmorillonit, Ca-deficientní hydroxyapatit, Precipitace, Sonikace, Polyethylen, Nanokompozit

Keywords

Vermiculite, Montmorillonite, Ca-deficient hydroxyapatite, Precipitation, Sonication, Polyethylene, Nanocomposite

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 2. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 7. 2. 2018
• Supervisor: Gražyna Simha Martynková
• Reader: Jana Madejová, Vlastimil Matějka, Pavla Čapková

VŠB - Technical University of Ostrava

Univerzitní studijní programy

Doctoral programme / field:
Nanotechnologie / Nanotechnologie