Improvement in Crystallization and Mechanical Properties of Poly(L-Lactide)-b-Poly(ethylene glycol)-b-Poly(L-Lactide) Bioplastic with Cerium Lactate

Abstract

Plastic waste derived from petroleum-based plastics has become a significant environmental issue worldwide because of its non-biodegradability and high carbon footprint. Poly(L-lactide) (PLLA) has been the most considered substitute for petroleum-based plastics because of its biorenewability, biodegradability, and low carbon footprint. However, the low flexibility of PLLA compared to other commodity plastics has restricted its wider applications. PLLA-b-poly(ethylene glycol)-b-PLLA (PLLA-PEG-PLLA) triblock copolymer exhibited higher flexibility than the PLLA. In this study, the effect of the cerium lactate (Ce‒LA) antibacterial agent on the crystallization, thermal decomposition, and mechanical properties of PLLA‒PEG‒PLLA was investigated. PLLA‒PEG‒PLLA/Ce‒LA composites were prepared by a melt blending technique. The crystallisability, thermal stability, and tensile properties of the PLLA‒PEG‒PLLA were enhanced by the addition of Ce‒LA. The crystallinity of the PLLA‒PEG‒PLLA matrix increased from 11.8% to 13.7-15.9%. The temperature at the maximum decomposition rate (Td, max) of PLLA end-blocks increased from 310 ̊ C to 311-327 ̊ C. The ultimate tensile stress of the PLLA‒PEG‒PLLA matrix increased from 14.3 MPa to 15.1–19.5 MPa, while Young’s modulus improved from 204 MPa to 230–312 MPa. This suggests that Ce‒LA had potential for use as a nucleating, thermal stabilizing, and reinforcing agent for this flexible PLLA‒PEG‒PLLA bioplastic.

ขยะพลาสติกที่เกิดจากพลาสติกซึ่งผลิตจากปิโตรเลียมกลายเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่สำคัญทั่วโลกเนื่องจากไม่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้และมีปริมาณการปล่อยและดูดกลับก๊าซเรือนกระจกสูง พอลิแอล-แลคไทด์ (PLLA) ได้รับความสนใจอย่างมากในฐานะวัสดุทดแทนพลาสติกจากปิโตรเลียมเนื่องจากมีสมบัติเป็นวัสดุที่สามารถหมุนเวียนได้ทางชีวภาพ สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และมีปริมาณการปล่อยและดูดกลับก๊าซเรือนกระจกต่ำ อย่างไรก็ตาม PLLA มีข้อด้อยคือ มีความยืดหยุ่นต่ำเมื่อเทียบกับพลาสติกทั่วไปอื่นๆ พอลิเมอร์ร่วมแบบสามกลุ่มชนิดพอลิแอล-แลคไทด์-บล็อก-พอลิเอทธิลีนไกลคอล-บล็อก-พอลิแอล-แลคไทด์ (PLLA-PEG-PLLA) พบว่ามีความยืดหยุ่นมากกว่า PLLA ในงานวิจัยนี้ได้ศึกษาอิทธิพลของสารต้านแบคทีเรียชนิดซีเรียมแลคเตท (Ce-LA) ที่มีต่อการเกิดผลึก การสลายตัวเชิงความร้อน และสมบัติเชิงกลของ PLLA-PEG-PLLA โดยคอมพอสิตของ PLLA-PEG-PLLA/Ce-LA เตรียมโดยเทคนิคการหลอมผสม พบว่าการผสม Ce-LA ช่วยเพิ่มความสามารถในการเกิดผลึก ความเสถียรเชิงความร้อน และสมบัติเชิงกลให้กับ PLLA-PEG-PLLA โดยความเป็นผลึกของเมทริกซ์ PLLA-PEG-PLLA เพิ่มขึ้นจาก 11.8% เป็น 13.7–15.9% อุณหภูมิที่อัตราการสลายตัวสูงสุด (Td, max) ของบล็อคปลาย PLLA เพิ่มขึ้นจาก 310 องศาเซลเซียล เป็น 311–327 องศาเซลเซียล นอกจากนี้ค่าความเค้นสูงสุดของเมทริกซ์ PLLA-PEG-PLLA เพิ่มขึ้นจาก 14.3 เมกะปาสคาล เป็น 15.1–19.5 เมกะปาสคาล ขณะที่ค่ามอดูลัสของยังเพิ่มขึ้นจาก 204 เมกะปาสคาล เป็น 230–312 เมกะปาสคาล สิ่งนี้บ่งชี้ว่า Ce-LA มีศักยภาพในการทำหน้าที่เป็นสารช่วยก่อผลึก สารเพิ่มเสถียรภาพเชิงความร้อน และสารช่วยเสริมแรงสำหรับวัสดุพลาสติกชีวภาพที่ยืดหยุ่นชนิด PLLA-PEG-PLLA นี้