بخشی از مقاله
چکیده
الیاف توخالی پلی لاکتیک اسید با قطرهای داخلی مختلف توسط فرایند ذوب ریسی با سرعت بالا - با تغییر عوامل تولید مانند نرخ تغذیه پلیمر، دمای فرایند، نرخ سرمایش، نسبت کشش و سرعت برداشت - تولید شد تا به عنوان مجرایی برای حبس و انتقال مایعات به کار رود. ریخت شناسی الیاف تولید شده نشان داد که با افزایش نرخ تغذیه پلیمر از 14/6 تا 87/6 میلی لیتر بر دقیقه، قطر داخلی و بیرونی الیاف حدود 300 درصد افزایش مییابد. این در حالی بود که افزایش سرعت برداشت از 500 به 1500 متر بر دقیقه باعث کاهش حدود 70 درصدی قطر داخلی و بیرونی الیاف شد . نرخ سرمایش و دمای روزن رانی تاثیر کمتری، آن هم تنها بر قطر داخلی الیاف داشت. بررسی الیاف با پراش پرتو X نشان داد که نسبت کشش بالا باعث افزایش بلورینگی در الیاف تولیدی میگردد. با توجه به آزمونهای فیزیکی، با افزایش نرخ تغذیه پلیمر دانسیته خطی - دنیر الیاف - تا حد ده برابر افزایش یافت، در حالی که افزایش نرخ برداشت باعث کاهش 300 درصدی آن شد.
افزایش نرخ تغذیه پلیمر باعث شد استحکام کششی، ازدیاد طول تا حد پارگی، مدول، استحکام ویژه و کار تا حد پارگی به ترتیب به میزان 650، 217، -68، - 58 و 1500 درصد تغییر یابند. عوامل دیگر نیز تاثیر معناداری بر خواص کششی الیاف داشتند. آنالیز حرارتی - TGA - پایداری حرارتی کمتری را برای الیاف ذوب ریسی شده در دمای بالاتر نشان داد 240 - درجه در مقابل 220 درجه سانتی گراد - . نتایج DSC روند مشابهی از XRD برای بلورینگی الیاف نشان داد. الیاف توخالی ریسیده شده بوسیله روش ابداعی بر پایه میکروفلوییدیک با یک مایع مدل - گلیسرول - پر شد. همچنین الیاف زیست تخریب پذیر پر شده با مایع، مورد آزمون تخریب قرار گرفت. در پایان تخریب زیست محیطی حاصل شد که میتواند یک نتیجه موفق برای کاربردهای بالقوه مانند اتقال سموم در کشاورزی یا داروها در پزشکی باشد.
کلید واژه- الیاف پلی لاکتیک اسید، ذوب ریسی، زیست تخریب پذیر، کپسوله نمودن، میکروفلوییدیک
-1 مقدمه
ذوب ریسی یک روش رایج برای تولید الیاف مصنوعی با سطح مقطع دلخواه مانند توخالی جهت کاربردهای مختلف چون منسوجات فنی میباشد .[2 ,1] عرضه پلیمرهای زیست تخریب پذیر مانند پلی لاکتیک اسید - PLA - و پلی کاپرولاکتون - PCL - منجر به تولید الیاف و نانوالیاف با خواص ویژه جهت کاربردهای مختلف مانند پزشکی، منسوجات فنی و غیره شده است .[3] پلی لاکتیک اسید میتواند در محیطهای مختلف مانند بدن انسان یا خاک تخریب شود که یک ویژگی خوب برای کاربردهای دارورسانی در پزشکی و نیز کشاورزی میباشد. هاسلر و همکاران [5 ,4] چند نخ تک فیلامنتی و چندفیلامنتی توخالی از ترکیب پلی لاکتیک اسید و پلی سولفو پلی استر تولید نمودند که دارای خلل و فرج متفاوتی بود. آنها نشان دادند با افزایش فضاهای توخالی در الیاف تخریب پذیری آن تسریع مییابد.
برخی از محققان الیاف توخالی با قطر داخلی بیش از دویصت میکرومتر را با پر کردن مایع جهت کاربردهایی مانند هدایت نور [6]، ترمیم کنندگی [7]، حسگرها [8] و هدایت الکتریکی [9] به کار بردهاند. لیل و همکاران [11 ,10] روش جدیدی برای انتقال مایعات به درون الیاف ابداع نموده و با بررسی مکانیک سیالات نشان دادند قطر داخلی الیاف توخالی یکی از عوامل موثر بر فشار لازم جهت تزریق مایعات مختلف به درون الیاف توخالی است.از آنجایی که انتقال دارو یک زمینه جدید در زیست فناوری میباشد و الیاف توخالی کانالی برای جریان میکرو ارایه مینماید، تولید الیاف توخالی با قطرهای متفاوت از پلی لاکتیک اسید و انتقال مایعات به درون کانال توخالی الیاف و مطالعه رهایش آن یک فضای خالی در بین پژوهشهای اخیر میباشد. لذا در این مقاله تولید الیاف به قطر زیر 50 میکرومتر با فضای خالی متفاوت به روش تغییر عوامل مختلف تولید - مانند نرخ تغذیه پلیمر، دمای روزنرانی، نسبت کشش، نرخ سرمایش و سرعت برداشت - جهت انتقال و کپسوله نمودن مایع مدل درون آن استفاده شد. همچنین ریخت شناسی و خواص فیزیکی الیاف به همراه زیست تخریب پذیری جهت رهایش مایع مغزی مورد آزمایش قرار گرفت.
-2 تجربی
مواد اولیه پلی لاکتیک اسید با کد تجاری 6201D خریداری شده از شرکت Natureworks آمریکا برای تولید الیاف توخالی استفاده شد. این مواد دارای دانسیته نسبی 1/24، دمای ذوب حدود 170 درجه سلسیوس، دمای انتقال شیشهای حدود 65 درجه سلسیوس، بلورینگی 50 درصد و گرانروی مذاب 100 تا 450 پاسکال ثانیه بود. مواد اولیه پس از خشک شدن به مدت 12 ساعت در دمای 80 درجه سلسیوس توسط دستگاه پایلوت ذوب ریسی ساخت شرکت Hills آمریکا و با استفاده از رشته ساز با روزنههای چهار قوسی برای تولید نخ - شامل 69 فیلامنت - توخالی به کار رفت. شرایط تولید نمونه استاندارد مطابق جدول 1 تنظیم شد و برای بررسی هر کدام از عوامل بر روی قطر داخلی یا خواص مکانیکی الیاف، عوامل دیگر طبق جدول مذکور ثابت نگه داشته شد.الیاف تولید شده تحت شرایط مختلف در زیر میکروسکوپ نوری مشاهده شد. همچنین خواص فیزیکی و مکانیکی الیاف مانند نمره، استحکام، مدول و ازدیاد طول تا حد پارگی آنها اندازهگیری شد. بلورینگی الیاف نیز توسط دو روش تفرق پرتو X و گرماسنجی روبشی تفاضلی بررسی شد. همچنین پس از تزریق مایعات با روش ابداعی بر پایه میکروفلوییدیک، زیست تخریب پذیری الیاف پر شده با مایع درون کمپوستر - Composter - بررسی شد.
-3 نتایج و بحث
ذوب ریسی در شرایط استاندارد با موفقیت انجام شده و منجر به تولید فیلامنتهایی با نمره 5/4 DPF شد. با تغییر هر کدام از عوامل تولید - درحالی که شرایط دیگر ثابت بود - خواص فیزیکی الیاف به همراه ریخت شناسی آن تغییر نمود.
1؛-3 ریخت شناسی
مشاهدات میکروسکوپی سطح مقطع الیاف ساختار توخالی آنها را نشان داد که در شکل 1 تصویر میکروسکوپی الیاف یک نمونه از نخ ها به همراه بزرگنمایی نشان داده شده است.ضمناً افزایش یا کاهش هر کدام از عوامل تولید - در حالی که عوامل دیگر در مقدار استاندارد ثابت نگه داشته شدهاند - باعث تغییر قطر داخلی و خارجی الیاف شد. نتایج تاثیر برخی از عوامل بر قطر الیاف در شکل 2 نشان داده شده است.با توجه به شکل 2 افزایش نرخ تغذیه پلیمر باعث افزایش چشمگیر حدود 300 درصدی قطر داخلی و خارجی لیف شده است در حالی که سرعت برداشت تاثیری معکوس داشته و باعث کاهش 40 درصدی هر دو قطر شده است. این نتیجه با مطالعات پیشین نیز مطابقت دارد .[13 ,12]
با توجه به شکل 3، نتایج XRD و DSC نشان داد که بلورینگی الیاف با افزایش نرخ کشش از 1/5 به 3 برابر حدود 40 درصد افزایش مییابد که این به دلیل آرایش یافتگی بیشتر زنجیرهای پلیمری بوده که منجر به ساختاری متراکمتر و بلورینه می-گردد. این در حالی بود که افزایش نرخ سرمایش باعث کاهش اندکی در بلورینگی لیف حاصل شد که به دلیل انجماد سریع آن و عدم زمان کافی برای تشکیل بلورها میباشد.
