Effect of barrier discharge of low-temperature plasma on surface physicochemical properties of polylactic acid.pdf Введение Полимерные материалы на основе полилактида (ПЛ) обладают биосовместимостью и способностью к биодеградации, что определяет интерес к их применению для производства биодеградируемых изделий с коротким сроком службы, например для изготовления хирургических нитей, имплантатов и т.д. [1, 2]. К недостаткам полилактида, ограничивающим его применение в медицине в чистом виде, можно отнести не пористость и «инертность» поверхности - гидрофобность и отсутствие специфических функциональных групп для прикрепления и роста клеток. Данная проблема может быть решена путем получения ПЛ методом электроформования (ЭФ) и обработки поверхности данного материала потоками низкотемпературной плазмы, а также прививания на предварительно обработанную поверхность ПЛ соединений другой химической природы, в том числе акриловой кислоты [3]. При воздействии потоков плазмы на поверхности ПЛ образуются кислородсодержащие функциональные группы, которые улучшают смачиваемость его поверхности. Целью настоящей работы является изучение влияния потоков низкотемпературной плазмы барьерного разряда кислорода и аргона при времени экспозиции 120 с на физико-химические свойства полилактида. Материалы и методы исследования Экспериментальные образцы полилактида получены методом электроформования научным коллективом Лаборатории плазменных гибридных 38 Воздействие низкотемпературной плазмы барьерного разряда систем НИ ТПУ под руководством С.И. Твердохлебова. При обработке ПЛ в плазме барьерного разряда в качестве плазмообразующего газа использовались кислород и аргон, расход газов составлял 60 см3/с, время экспозиции 120 с. После активации поверхности ПЛ аргоновой и кислородной плазмой образцы помещали в водный раствор предварительно очищенной акриловой кислоты (АК) (5 мас. %) и выдерживали в течение 20 ч. Образец ПЛ с привитой акриловой кислотой погружали в воду на 12 ч и затем несколько раз промывали обильным количеством воды для удаления любого непрореагировавшего мономера акриловой кислоты. Модифицированный образец ПЛ затем сушили в вакууме при комнатной температуре. Результаты Химический состав образцов ПЛ до и после плазменного воздействия исследовали с помощью метода инфракрасной спектроскопии (ИК-спектроскопии). Результаты показывают, что после воздействия плазмой смещений или новых полос не обнаружено, что свидетельствует об отсутствии новых химических связей при взаимодействии плазмы с поверхностью экспериментальных образцов (рис. 1). Согласно расчетам, интенсивность полос поглощения после воздействия кислородной и аргоновой плазмой увеличивается на 10 и 30% соответственно, а для образцов с прививкой акриловой кислоты интенсивность увеличивается на 20 и 40% соответственно. Рис. 1. ИК-спектры образцов до и после плазменного воздействия (а) и с прививкой акриловой кислотой (б) Краевой угол смачивания измеряли методом лежащей капли при контакте с тремя жидкостями: водой, глицерином и этиленгликолем. Определено, что только поверхность образца, обработанного аргоновой плазмой без прививки акриловой кислоты, при контакте с водой становится гидрофильной - 41° (таблица). Значения краевого угла смачивания для остальных образцов не претерпевают заметных изменений. Из таблицы видно, 39 Ч. Ян, О.А. Лапуть, У.В. Горошкина что вследствие обработки поверхности образцов плазмой резко уменьшается краевой угол смачивания при контакте с этиленгликолем, так как происходит мгновенное впитывание жидкости. Значения краевого угла смачивания поверхности исходного ПЛ до и после плазменной модификации Образец Краевой угол смачивания, Ѳ Вода Глицерин Этиленгликоль ПЛ исходный 118,1 ± 1,59 122,7 ± 1,33 111,3 ± 0,86 ПЛ + О2 108,5 ± 2,08 128,5 ± 0,38 0 ПЛ + Ar 41,0 ± 11,31 128,3 ± 1,95 0 ПЛ + О2 + АК 116 ± 0,78 126,3 ± 1,14 0 ПЛ + Ar + АК 113,5 ± 1,69 129,7 ± 1,10 0 Воздействие плазмой приводит к увеличению поверхностной энергии материалов. Для образцов ПЛ наблюдается увеличение поверхностной энергии с 6,44 до 26,68 мН/м при обработке плазмой О2 и до 201,44 мН/м при обработке плазмой Ar (рис. 2). Также отмечается значительное повышение общей поверхностной энергии образца ПЛ после прививания АК -до 204,74 мН/м (плазма кислорода) и 601,85 мН/м при воздействии плазмы аргона (см. рис. 2, б). б а Рис. 2. Поверхностная энергия образцов ПЛ до и после обработки плазмой кислорода и аргона (а) и с прививкой акриловой кислотой на предварительно обработанную плазмой поверхность ПЛ (б) Микроструктуру образцов полилактида исследовали при помощи оптической микроскопии. На микрофотографиях видно, что после воздействия кислородной и аргоновой плазмой барьерного разряда наблюдается волокнистая структура, как и для исходного образца (рис. 3, а). При этом после обработки материалов аргоновой плазмой образуются сквозные объемные дефекты размером ~ 50 мкм (рис. 3, в), а после модификации поверхности ПЛ плазмой О2 не наблюдается значительных изменений (рис. 3, б). Прививка акриловой кислотой не влияет на изменение морфологии поверхности образцов ПЛ. 40 Воздействие низкотемпературной плазмы барьерного разряда а б в Рис. 3. Микрофографии поверхности исходного ПЛ (а), после воздействия кислородной плазмы (б) и аргоновой плазмы (в) Заключение Изучено влияние потоков низкотемпературной плазмы барьерного разряда кислорода и аргона при времени экспозиции 120 с на физикохимические свойства полилактида. Установлено, что после воздействия плазмой смещений или новых полос в ИК-спектре не обнаружено, что свидетельствует об отсутствии новых химических связей при взаимодействии плазмы с поверхностью ПЛ. Показано, что на изменение смачиваемости полимерных материалов после обработки низкотемпературной плазмой оказывает влияние не только изменение химического состава, но и морфология материала. После модификации ПЛ плазмой аргона наблюдается существенное увеличение поверхностной энергии материалов вследствие образования объемных дефектов размером ~ 50 мкм.

Скачать электронную версию публикации