Phase transitions in biodegradable films based on blends of gelatin and poly (vinyl alcohol)

The aim of this work was to study the effect of the hydrolysis degree (HD) and the concentration (C PVA) of two types of poly (vinyl alcohol) (PVA) and the effect of the type and the concentration of plasticizers on the phase properties of biodegradable films based on blends of gelatin and PVA, using a response-surface methodology. The films were made by casting and the studied properties were their glass (Tg) and melting (Tm) transition temperatures, which were determined by diferential scanning calorimetry (DSC). For the data obtained on the first scan, the fitting of the linear model was statistically significant and predictive only for the second melting temperature. In this case, the most important effect on the second Tm of the first scan was due to the HD of the PVA. In relation to the second scan, the linear model could be fit to Tg data with only two statistically significant parameters. Both the PVA and plasticizer concentrations had an important effect on Tg. Concerning the second Tm of the second scan, the linear model was fit to data with two statistically significant parameters, namely the HD and the plasticizer concentration. But, the most important effect was provoked by the HD of the PVA.

Poly(ethylene-co-acrylic acid) random copolymers : amphiphilic properties and self-assembly in aqueous medium

Les travaux de recherche présentés ici avaient pour objectif principal la synthèse de copolymères statistiques à base d’éthylène et d’acide acrylique (AA). Pour cela, la déprotection des groupements esters d’un copolymère statistique précurseur, le poly(éthylène-co-(tert-butyl)acrylate), a été effectuée par hydrolyse à l’aide d’iodure de triméthylsilyle. La synthèse de ce précurseur est réalisée par polymérisation catalytique en présence d’un système à base de Palladium (Pd). Le deuxième objectif a été d’étudier et de caractériser des polymères synthétisés à l’état solide et en suspension colloïdale. Plusieurs copolymères précurseurs comprenant différents pourcentages molaires en tert-butyl acrylate (4 à 12% molaires) ont été synthétisés avec succès, puis déprotégés par hydrolyse pour obtenir des poly(éthylène-coacide acrylique) (pE-co-AA) avec différentes compositions. Seuls les copolymères comprenant 10% molaire ou plus de AA sont solubles dans le Tétrahydrofurane (THF) et uniquement dans ce solvant. De telles solutions peuvent être dialysées dans l’eau, ce qui conduit à un échange lent entre cette dernière et le THF, et l’autoassemblage du copolymère dans l’eau peut ensuite être étudié. C’est ainsi qu’ont pu être observées des nanoparticules stables dans le temps dont le comportement est sensible au pH et à la température. Les polymères synthétisés ont été caractérisés par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) ainsi que par spectroscopie Infra-Rouge (IR), avant et après déprotection. Les pourcentages molaires d’AA ont été déterminés par combinaison des résultats de RMN et ii de titrages conductimètriques. A l’état solide, les échantillons ont été analysés par Calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et par Diffraction des rayons X. Les solutions colloïdales des polymères pE-co-AA ont été caractérisées par Diffusion dynamique de la lumière et par la DSC-haute sensibilité. De la microscopie électronique à transmission (TEM) a permis de visualiser la forme et la taille des nanoparticules.

Films minces supramoléculaires de copolymères de PS-P4VP réalisés par trempage

Bien que ce soit un procédé industriel répandu, les films de copolymères à blocs préparés par trempage (« dip-coating ») sont moins étudiés que ceux obtenus par tournette (« spin-coating »). Pourtant, il est possible grâce à cette technique de contrôler précisément les caractéristiques de ces films. Au-delà de la méthode de fabrication, la capacité de modifier la morphologie des films trempés à l’aide d’autres facteurs externes est un enjeu primordial pour leur utilisation dans les nanotechnologies. Nous avons choisi, ici, d’étudier l’influence d’une petite molécule sur la morphologie de films supramoléculaires réalisés par « dip-coating » à partir de solutions de poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) dans le tétrahydrofurane (THF). En présence de 1-naphtol (NOH) et d’1-acide napthoïque (NCOOH), qui se complexent par pont hydrogène au bloc P4VP, ces films donnent, respectivement, une morphologie en nodules (sphères) et en stries (cylindres horizontaux). Des études par spectroscopie infrarouge ont permis de mesurer la quantité de petite molécule dans ces films minces, qui varie avec la vitesse de retrait mais qui s’avère être identique pour les deux petites molécules, à une vitesse de retrait donnée. Cependant, des études thermiques ont montré qu’une faible fraction de petite molécule est dispersée dans le PS (davantage de NOH que de NCOOH à cause de la plus faible liaison hydrogène du premier). La vitesse de retrait est un paramètre clé permettant de contrôler à la fois l’épaisseur et la composition du film supramoléculaire. L’évolution de l’épaisseur peut être modélisée par deux régimes récemment découverts. Aux faibles vitesses, l’épaisseur décroît (régime de capillarité), atteint un minimum, puis augmente aux vitesses plus élevées (régime de drainage). La quantité de petite molécule augmente aux faibles vitesses pour atteindre un plateau correspondant à la composition de la solution aux vitesses les plus élevées. Des changements de morphologie, à la fois liés à l’épaisseur et à la quantité de petite molécule, sont alors observés lorsque la vitesse de retrait est modifiée. Le choix du solvant est aussi primordial dans le procédé de « dip-coating » et a été étudié en utilisant le chloroforme, qui est un bon solvant pour les deux blocs. Il s’avère qu’à la fois la composition ainsi que la morphologie des films de PS-P4VP complexés sont différentes par rapport aux expériences réalisées dans le THF. Premièrement, la quantité de petite molécule reste constante avec la vitesse de retrait mais les films sont plus riches en NCOOH qu’en NOH. Deuxièmement, la morphologie des films contenant du NOH présente des stries ainsi que des lamelles à plat, tandis que seules ces dernières sont observables pour le NCOOH. Ce comportement est essentiellement dû à la quantité différente de petite molécule modulée par leur force de complexation différente avec le P4VP dans le chloroforme. Enfin, ces films ont été utilisés pour l’adsorption contrôlée de nanoparticules d’or afin de guider leur organisation sur des surfaces recouvertes de PS-P4VP. Avant de servir comme gabarits, un recuit en vapeurs de solvant permet soit d’améliorer l’ordre à longue distance des nodules de P4VP, soit de modifier la morphologie des films selon le solvant utilisé (THF ou chloroforme). Ils peuvent être ensuite exposés à une solution de nanoparticules d’or de 15 nm de diamètre qui permet leur adsorption sélective sur les nodules (ou stries) de P4VP.

Study of Langmuir-Blodgett Films of Self-Assembled Diblock Copolymers

L'auto-assemblage des copolymères à bloc (CPBs) attire beaucoup d'intérêt grâce à leur capacité de générer spontanément des matériaux ordonnés avec des propriétés uniques. Les techniques Langmuir-Blodgett (LB) et Langmuir-Schaefer (LS) sont couramment utilisées pour produire des monocouches ou des films ultraminces à l'interface air/eau suivi de transfert aux substrats solides. Les films LB/LS de CPBs amphiphiles s'auto-assemblent dans des morphologies variables dépendamment de la composition du CPB ainsi que d'autres facteurs. Dans notre travail, nous avons étudié les films LB/LS de polystyrène-b-poly(4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) et leurs complexes supramoléculaires avec le naphtol (NOH), l'acide naphtoïque (NCOOH) et le 3-n-pentadécylphenol (PDP). La première partie de ce mémoire est consacré à l'investigation du PS-P4VP complexé avec le NOH et le NCOOH, en comparaison avec le PS-P4VP seul. Il a été démontré qu'un plateau dans l'isotherme de Langmuir, indicatif d'une transition de premier ordre, est absent à des concentrations élevées des solutions d'étalement des complexes. Cela a été corrélé avec l'absence de morphologie en nodules avec un ordre 2D hexagonal à basse pression de surface. L'ordre au-delà de la pression de cette transition, lorsque présente, change à un ordre 2D carré pour tout les systèmes. La deuxième partie du la mémoire considère à nouveau le système PS-P4VP/ PDP, pour lequel on a démontré antérieurement que la transition dans l'isotherme correspond a une transition 2D d'un ordre hexagonal à un ordre carré. Cela est confirmé par microscopie à force atomique, et, ensuite, on a procédé à une étude par ATR-IR des films LB pour mieux comprendre les changements au niveau moléculaire qui accompagnent cette transition. Il a été constaté que, contrairement à une étude antérieure dans la littérature sur un autre système, il n'y a aucun changement dans l'orientation des chaînes alkyles. Au lieu de cela, on a découvert que, aux pressions au-delà de celle de la transition, le groupe pyridine, qui est orienté à basse pression, devient isotrope et qu'il y a une augmentation des liaisons hydrogènes phénol-pyridine. Ces observations sont rationalisées par un collapse partiel à la pression de transition de la monocouche P4VP, qui à basse pression est ordonné au niveau moléculaire. Cette étude a mené à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires qui se produisent à l'interface air/eau, ce qui fournit une meilleure base pour la poursuite des applications possibles des films LB/LS dans les domaines de nanotechnologie.

Films minces de copolymères à blocs supramoléculaires et photosensibles

La technique de trempage («dip-coating») est un procédé rapide et efficace pour former des films minces de copolymères à blocs (CPB) d’épaisseur et de nano-morphologies variées. Très peu d’études ont toutefois porté sur le trempage des CPB supramoléculaires et/ou photosensibles. Le trempage du CPB poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) a premièrement été étudié avec des petites molécules (PM) d’acide 1-naphtoïque (NCOOH) et de 1-naphtol (NOH) capables de former des ponts hydrogène (ponts H) avec le bloc P4VP dans 4 solvants (tétrahydrofurane (THF), p-dioxane, toluène et chloroforme). Le ratio d’incorporation (RI) molaire PM/VP dans les films trempés augmente avec la vitesse de retrait mais sa variation dépend fortement du solvant et de la PM utilisés. Le RI et la morphologie des films minces dépendent de la possibilité (ou non) du solvant à former des ponts H avec la PM et de sa sélectivité au bloc de PS menant (ou non) à des micelles de P4VP/PM en solution dont la rigidité influence l’état cinétique du système en film mince. La dépendance en une courbe en V de l’épaisseur des films en fonction la vitesse de retrait définit deux régimes, nommés régimes capillaire et de drainage. Ces régimes influencent différemment le RI et la morphologie finale. Nous nous sommes ensuite intéressés aux complexes de PS-P4VP avec des azobenzènes (AB) photosensibles, le 4-hydroxy-4’-butyl-azobenzène (BHAB) et le 4-hydroxy-4’-cyano-azobenzène (CHAB). Ces AB peuvent non seulement former des ponts H avec le bloc P4VP mais aussi s'isomériser entre les formes trans et cis sous illumination. Les expériences avec PS-P4VP/BHAB dans le THF et le toluène ont révélé que l'irradiation pendant le trempage permet de provoquer une transition entre les morphologies sphérique et cylindrique à basses vitesses de retrait. Ces transitions sont expliquées par l’augmentation du ratio molaire BHAB/VP pris dans les films sous illumination et par le plus grand volume des isomères BHAB-cis par rapport aux BHAB-trans. L'irradiation permet également de moduler l'épaisseur des films sans égard à la présence des AB. Finalement, des solutions de PS-P4VP/CHAB et PS-P4VP/BHAB dans le THF avec un CPB de masse molaire plus élevée ont été étudiées afin de comprendre l’effet d'un temps de demi-vie plus court de l’AB et de la présence de micelles en solution. Le photocontrôle morphologique perd de son efficacité avec le CHAB car l’augmentation du RI de CHAB dans les films illuminés par rapport aux films non irradiés est moins prononcée que pour les complexes de BHAB. Le choix du PS-P4VP est également important puisque la présence de micelles dans les solutions de THF du PS-P4VP(36,5k-16k), même si elle n’influence pas les RI BHAB/VP, fige davantage la morphologie sphérique en solution par rapport à une solution non-micellaire de PS-P4VP(24k-9,5k), limitant les possibilités de transition morphologique.

Copper Doped Methylene Blue Sensitized Poly(vinyl alcohol)–Acrylamide Films for Stable Diffraction Efficiency

Copper doped methylene blue sensitized poly(vinyl alcohol) (MBPVA)–acrylamide films were fabricated to improve the storage life of recorded gratings. The films were fabricated using gravity settling method and the copper chloride concentration was optimized as 3:18 10 3 mol/l for a dye concentration of 6:2 10 4 mol/l. The gratings recorded on the optimized film constitution could be stored for months with stable diffraction efficiency (24%) without any chemical or thermal fixing techniques. The resolution of the material is found to be unaffected with the addition of copper chloride.

Copper Doped Methylene Blue Sensitized Poly(vinyl alcohol)–Acrylamide Films for Stable Diffraction Efficiency

Copper doped methylene blue sensitized poly(vinyl alcohol) (MBPVA)–acrylamide films were fabricated to improve the storage life of recorded gratings. The films were fabricated using gravity settling method and the copper chloride concentration was optimized as 3:18 10 3 mol/l for a dye concentration of 6:2 10 4 mol/l. The gratings recorded on the optimized film constitution could be stored for months with stable diffraction efficiency (24%) without any chemical or thermal fixing techniques. The resolution of the material is found to be unaffected with the addition of copper chloride.

Changes in the flavonoid and phenolic acid contents and antioxidant activity of red leaf lettuce (Lollo Rosso) due to cultivation under plastic films varying in ultraviolet transparency

Red leaf lettuce (Lollo Rosso) was grown under three types of plastic films that varied in transparency to UV radiation (designated as UV block, UV low, and UV window). Flavonoid composition was determined by high-performance liquid chromatography (HPLC), total phenolics by the Folin-Ciocalteu assay, and antioxiclant capacity by the oxygen radical absorbance capacity (ORAC) assay. Exposure to increased levels of UV radiation during cultivation caused the leaves to redden and increased concentrations of total phenols and the main flavonoids, quercetin and cyanidin glycosides, as well as luteolin conjugates and phenolic acids. The total phenol content increased from 1.6 mg of gallic acid equivalents (GAE)/g of fresh weight (FW) for lettuce grown under UV block film to 2.9 and 3.5 mg of GAE/g of FW for lettuce grown under the UV low and UV window films. The antioxiclant activity was also higher in lettuce exposed to higher levels of UV radiation with ORAC values of 25.4 and 55.1 mu mol of Trolox equivalents/g of FW for lettuce grown under the UV block and UV window films, respectively. The content of phenolic acids, quantified as caffeic acid, was also different, ranging from 6.2 to 11.1 mu mol/g of FW for lettuce cultivated under the lowest and highest UV exposure plastic films, respectively. Higher concentrations of the flavonoid glycosides were observed with increased exposure to UV radiation, as demonstrated by the concentrations of aglycones after hydrolysis, which were cyanidin (ranging from 165 to 793 mu g/g), quercetin (ranging from 196 to 880,mu g/g), and luteolin (ranging from 19 to 152 mu g/g). The results demonstrate the potential of the use of UV-transparent plastic as a means of increasing beneficial flavonoid content of red leaf lettuce when the crop is grown in polytunnels.

Changes in the flavonoid and phenolic acid contents and antioxidant activity of red leaf lettuce (Lollo Rosso) due to cultivation under plastic films varying in ultraviolet transparency

Red leaf lettuce (Lollo Rosso) was grown under three types of plastic films that varied in transparency to UV radiation (designated as UV block, UV low, and UV window). Flavonoid composition was determined by high-performance liquid chromatography (HPLC), total phenolics by the Folin-Ciocalteu assay, and antioxiclant capacity by the oxygen radical absorbance capacity (ORAC) assay. Exposure to increased levels of UV radiation during cultivation caused the leaves to redden and increased concentrations of total phenols and the main flavonoids, quercetin and cyanidin glycosides, as well as luteolin conjugates and phenolic acids. The total phenol content increased from 1.6 mg of gallic acid equivalents (GAE)/g of fresh weight (FW) for lettuce grown under UV block film to 2.9 and 3.5 mg of GAE/g of FW for lettuce grown under the UV low and UV window films. The antioxiclant activity was also higher in lettuce exposed to higher levels of UV radiation with ORAC values of 25.4 and 55.1 mu mol of Trolox equivalents/g of FW for lettuce grown under the UV block and UV window films, respectively. The content of phenolic acids, quantified as caffeic acid, was also different, ranging from 6.2 to 11.1 mu mol/g of FW for lettuce cultivated under the lowest and highest UV exposure plastic films, respectively. Higher concentrations of the flavonoid glycosides were observed with increased exposure to UV radiation, as demonstrated by the concentrations of aglycones after hydrolysis, which were cyanidin (ranging from 165 to 793 mu g/g), quercetin (ranging from 196 to 880,mu g/g), and luteolin (ranging from 19 to 152 mu g/g). The results demonstrate the potential of the use of UV-transparent plastic as a means of increasing beneficial flavonoid content of red leaf lettuce when the crop is grown in polytunnels.

Chiral poly(aromatic amide ester) dendrimers bearing an amino acid derived C-3-symmetric core: synthesis and properties

The effect of hyperbranched macromolecular architectures (dendrimers) upon chirality has received significant attention in recent years in the light of the proposal of amplification of chirality. In particular, several studies have been carried out on the chiroptical properties of dendrimers that contain a chiral core and achiral branches in order to determine if the chirality of the central core can be transmitted to the distal. region of the macromolecule. In addition to interest of a pure academic nature, the presence of such chiral conformational order would be extremely useful in the development of asymmetric catalysts. In this paper, a novel class of chiral dendrimers is described - these perfect hyperbranched macromolecules have been prepared by a convergent route by the coupling of a chiral central core based upon tris(2-aminoethyl)amine and poly(aromatic amide ester) dendritic branches. The chiral properties of these dendrimers have been investigated by detailed optical rotation studies and circular dichroism analysis; the results of these studies are described herein. (C) Wiley-VCH Verlag GmbH Co.

Redox- and glucose-responsive hydrogels from poly(vinyl alcohol) and 4-mercaptophenylboronic acid

Novel redox- and glucose-responsive hydrogels have been synthesized by simple mixing of poly(vinyl alcohol) (PVA) and 4-mercaptophenylboronic acid (MPBA) in aqueous solutions (pH > 9) in an oxidative aqueous media. These hydrogels are produced through the formation of disulfide linkages between MPBA molecules in an oxidative environment (oxygen dissolved in solution or hydrogen peroxide added to the reaction mixture) and complexation via dynamic covalent bonds between PVA and MPBA dimer. These hydrogels show degradation in solutions of l-glutathione and d-glucose.

Development of films based on blends of gelatin and poly(vinyl alcohol) cross linked with glutaraldehyde

Both gelatin and poly(vinyl alcohol) (PVA) can be cross linked with glutaraldehyde (GLU). In the case of gelatin, the GLU reacts with each e-NH2 functional group of adjacent lysine residues, while for PVA, the GLU reacts with two adjacent hydroxyl groups, forming acetal bridges. Thus it can be considered possible to cross link adjacent macromolecules of gelatin and PVA using GLU. In this context, the aims of this work were the development of biodegradable films based on blends of gelatin and poly(vinyl alcohol) cross linked with GLU, and the characterization of some of their main physical and functional properties. All the films were produced from film-forming solutions (FFS) containing 2 g macromolecules (PVA + gelatin)/100 g FFS, 25 g glycerol/100 g macromolecules, and 4 g GLU (25% solution)/100 g FFS. The FFS were prepared with two concentrations of PVA (20 or 50 g PVA/100 g macromolecules) and two reaction temperatures: 90 or 55 degrees C, applied for 30 min. The films were obtained after drying (30 degrees C/24 h) and conditioning at 25 degrees C and 58% of relative humidity for 7 days, and were then characterized. The results for the color parameters, mechanical properties, phase transitions and infrared spectra showed that some chemical modifications occurred, principally for the gelatin. However, in general, all the characteristics of the films were either typical of films based on blends of these macromolecules without cross linking, or slightly higher. A greater improvement in the properties of this material was probably not observed due to the crystallinity of the PVA, which has a melting point above 90 degrees C. The presence of microcrystals in the polymer chain probably reduced macromolecular mobility, hindering the reaction. Thus more research is necessary to produce biodegradable films with improved properties. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Study of some physical properties of biodegradable films based on blends of gelatin and poly(vinyl alcohol) using a response-surface methodology

The aim of this work was to study the effect of the hydrolysis degree (HD) and the concentration (C(PVA)) Of two types of poly(vinyl alcohol) (PVA) and of the type (glycerol and sorbitol) and the concentration (C(P)) of plasticizers on some physical properties of biodegradable films based on blends of gelatin and PVA Using a response-surface methodology. The films were prepared with a film forming solutions (FFS) with 2 g of macromolecules (gelatin+PVA)/100 g de FFS. The responses analyzed were the mechanical properties, the solubility, the moisture Content. the color difference and the opacity. The linear model was statistically significant and predictive for puncture force and deformation. elongation at break, solubility in water, Moisture content and opacity. The CPVA affected strongly the elongation at break of the films. The interaction of the HD and the C(P) affected this property. Moreover. the puncture force was affected slightly by the C(PVA). Concerning the Solubility in water, the reduction of the HD increased it and this effect was greater for high CPVA Values. In general. the most important effect observed in the physical properties of the films was that of the plasticizer type and concentration. The PVA hydrolysis degree and concentration have an important effect only for the elongation at break, puncture deformation and solubility in water. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Thermomechanical properties of biodegradable films based on blends of gelatin and poly(vinyl alcohol)

The aim of this work was to study the effect of the poly(vinyl alcohol) (PVA) concentration on the thermal and viscoelastic properties of films based on blends of gelatin and PVA using differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic-mechanical analysis (DMA). One glass transition was observed between 43 and 49 degrees C on the DSC curves obtained in the first scanning of the blended films, followed by fusion of the crystalline portion between 116 and 134 degrees C. However, the DMA results showed that only the films with 10% PVA had a single peak in the tan 5 spectrum. However, when the PVA concentration was increased the dynamic mechanical spectra showed two peaks on the tan 6 curves, indicating two T(g)s. Despite this phase separation behavior the Gordon and Taylor model was successfully applied to correlate T, as a function of film composition, thus determining k = 7.47. In the DMA frequency tests, the DMA spectra showed that the storage modulus values decreased with increasing temperature. The master curves for the PVA-gelatin films were obtained applying the TTS principle (T(r) = 100 degrees C). The WLF model was thus applied allowing for the determination of the constants C(1) and C(2). The values of these constants increased with increasing PVA concentrations in the blend: C(1) = 49-66 and C(2) = 463-480. These values were used to calculate the fractional free volume of the films at the T(g) and the thermal expansion coefficient of the films above the T(g). (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.