Stabilizace roztoků biopolymerů

Ing. Eliška RAJNOHOVÁ

Doctoral thesis

Stabilization of Biopolymer Solutions

Abstract:

Tato práce se zabývá stabilizací biopolymerů v roztoku z fyzikálně-chemického pohledu. Pro dosažení nového stabilního uspořádání makromolekulárního systému se zde využívá samoorganizované proudění kapaliny v podobě Bénard-Marangoniho respektive Rayleigh-Bénardovy konvektivní nestability. V rámci tohoto studia byly používány dva modelové systémy, 2-hydroxyethylcelulóza (2-HEC) a sodná sůl kyseliny hyaluronové (HA). Vyvolané změny v makromolekulárních systémech byly sledovány s ohledem na změnu povrchové aktivity polymeru na fázových rozhraních kapalina/plyn, změny ve střední velikosti polymerních klubek a byly studovány viskozitní charakteristiky a schopnosti tvořit samonosné polymerní fólie s rozdílnou mírou organizace polymerní matrice. Pro účely této práce bylo navrženo a zkonstruováno speciální zařízení pro cílenou úpravu polymerních roztoků v definovaně rozložených teplotních spádech s možností následné solidifikace polymerního roztoku do podoby samonosné fólie. Z experimentálních výsledků vyplynulo, že optimálním nastavením procesních (teplota, teplotní spád, čas, výška kapaliny, atd.) a systémových parametrů (molekulová hmotnost a její distribuce, viskozita roztoku, atd.) lze ovlivňovat povrchovou aktivitu, střední velikost a tokové charakteristiky makromolekulárních systémů ve vodných či fyziologických roztocích bez změny iontové síly či pH. Takto upravené roztoky lze následně snadno převést do podoby samonosných polymerních fólií vyznačujících se unikátními topografickými a mechanickými vlastnostmi.

Abstract:

This thesis deals with stabilization of biopolymer solutions from the physical-chemical perspective. The self-organizing flows (Bénard-Marangoni or Rayleigh-Bénard convective instability) are used in order to reach new stable arrangement of macromolecular systems, 2-hydroxyethylcellulose (2-HEC) and sodium hyaluronate (HA). Deliberately induced changes in these macromolecular systems were studied with respect to variations in polymer surface activity at phase interfaces liquid/gas, variations in mean diameter of polymer coils and viscous characteristics. Further, the ability of these systems to form self-supporting polymer foils with varying degree of polymer matrix organization was investigated. Special device, which can modify polymer solutions in defined temperature gradients with the further possibility to solidify these solutions into a self-supporting polymer foils, was designed and constructed for the purposes of this thesis. The experimental data show that with optimal process parameters (temperature, temperature gradient, time, liquid height) and system parameters (molecular weight and its distribution, viscosity, etc.) one can influence surface activity, mean size of polymer coils and flow characteristics of macromolecular systems in water and physiological solutions without changing ionic strength or pH. Such modified solutions can be easily solidified into self-supporting foils exhibiting typical topographical and mechanical properties.

Keywords

konformace, stabilita, samoorganizace, tok, biopolymery, hyaluronan sodný, 2-hydroxyethyl celulóza, povrchové napětí, teplotní spád, zařízení, fólie.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 10. 2015

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 15. 12. 2015

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Chemistry and Materials Technology / Technology of Macromolecular Compounds