Enhancing the crystallization and orientation of electrospinning poly (lactic acid) (PLLA) by combining with additives

PLLA is a thermoplastic biopolymer and can be used in industrial applications for medical and filtration applications. The brittleness of PLLA is attributed to slow crystallization rates and its glass transition temperature (Tg) is high (60 °C); for this reason, its applications are limited. The orientation, morphology, and crystal structure of the electrospun fibers was investigated by SEM, POM, DSC, FTIR, XRD, and SAXS. Combining with additives leads to a large decrease of fiber diameter, viscosity, and changes of fiber morphology and crystal structure compared to pure PLLA. DSC showed that the Tg of PLLA decreased about 15 °C and there was no change in relaxation enthalpy by the addition of plasticizer. FT-IR indicate a strong interaction between PLLA and additives; a new band appears in the PLLA blend at 1,756 cm−1 at room temperature as a crystalline band without any annealing. In addition, WAXD indicated that the intensities of the two peaks at (200/110) and (203) increased for the blend at room temperature without any annealing in comparison with PLLA; this means that PHB crystallizes in the amorphous region of PLLA. The POM experiments agree with the results from DSC, FTIR, and WAXS measurements, confirming that adding PHB results in an increase in the number of nuclei with much smaller spherulites and enhances the crystallization behavior of this material, thereby improving its potential for applications.

Crystallization of SiO2-CaO-Na2O Glass Using Sugarcane Bagasse Ash as Silica Source

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Structural modifications in stretch-induced crystallization in PVDF films as measured by small-angle X-ray scattering

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Effect of low contents of a polyaniline derivative on the crystallization and electrical properties of blends with PVDF

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Crystallization observed from the spin behavior in poly(3-methylthiophene)

Electron Spin Resonance (ESR) data in pressed pellets of doped poly(3-methylthiophene) (P3MT) show a single ESR line that changes into a broad and a narrow superimposed lines below 225K. D.C. susceptibility measurements using a SQUID susceptometer didn't reveal any special feature at this temperature. Assuming crystallization of the polymer, we attribute the broad line to the crystalline fraction of the polymer and the narrow line to the amorphous one.

Crystallization and X-ray diffraction data analysis of human deoxyhaemoglobin A(0) fully stripped of any anions

In this work, initial crystallographic studies of human haemoglobin (Hb) crystallized in isoionic and oxygen-free PEG solution are presented. Under these conditions, functional measurements of the O-2-linked binding of water molecules and release of protons have evidenced that Hb assumes an unforeseen new allosteric conformation. The determination of the high-resolution structure of the crystal of human deoxy-Hb fully stripped of anions may provide a structural explanation for the role of anions in the allosteric properties of Hb and, particularly, for the influence of chloride on the Bohr effect, the mechanism by which Hb oxygen affinity is regulated by pH. X-ray diffraction data were collected to 1.87 Angstrom resolution using a synchrotron-radiation source. Crystals belong to the space group P2(1)2(1)2 and preliminary analysis revealed the presence of one tetramer in the asymmetric unit. The structure is currently being refined using maximum-likelihood protocols.

Crystallization and optical properties of CCTO thin films under pressure influence

CCTO thin films were deposited on Pt(111)/Ti/SiO 2/Si substrates using a chemical (polymeric precursor) and pressure method. The pressure effects on the CCTO thin films were evaluated by XRD, FEG-SEM and optical properties. Pressure films were found to be more homogeneous and dense than chemical deposition films. Pressure also leaded to an increase in the photoluminescence emission; it is suggested that the displacement of Ti in the titanate clusters, favors the charge transference from TiO 6 to [TiO 5V o z], TiO 5V o z] to [CaO 11V o z] and [TiO 5V o z] to [CuO 4] x. The low synthesis temperature used in the pressure method allows the deposition of films on less expensive substrates (i.e. glass, aluminum, polymer and others).

Kinetic parameters for thermal decomposition of supramolecular polymers derived from diclofenac-meglumine supramolecular adducts

Meglumine is an aminocarbohydrate able to form supramolecular adducts with organic acids. The recognition is based on hydrogen bonds and the structures resulting from the complexation have high solubility in water. This property has been exploited by the pharmaceutical industry in the improvement of existing drugs, and the successful example of this approach involves the poorly soluble non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs). Investigation of the thermal behavior of adduct obtained from meglumine and the NSAID diclofenac revealed that a polymer-like material is formed from the self-assembly of diclofenac-meglumine adducts in the melt. This polymer showed a high molecular weight around 2.0×105kDa. The kinetic parameters for the thermal decomposition step of the polymer were determined by the Capela-Ribeiro non-linear isoconversional method. From data for the TG curves in nitrogen atmosphere and heating rates of 5, 10, 15 and 20°Cmin-1, the Eα and Bα terms could be determined, and consequently the pre-exponential factor, Aα, as well as the kinetic model, g(α). © 2012 Elsevier B.V.

Systematic analysis of protein-detergent complexes applying dynamic light scattering to optimize solutions for crystallization trials

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Properties of glass-ceramics obtained from crystallization of the SiO2-Al2O3-MgO-Li2O system with addition of ZrO2

This paper presents the study results with glass-ceramics obtained from base glass (MgO-Al2O3- SiO2-Li2O system) with addition of ZrO2 as nucleating agent. The glass was melted at 1650 degrees C for 3 h and at a heating rate of 10 degrees C/min. The molten glass was poured into a graphite mold to obtain monolithic samples and also in water in order to obtain particulate material. Such material was grinded and then pressed by both uniaxial and isostatic pressing methods before being sintered. Both the monolithic and pressed samples were performed under two different conditions of heat treatment so that their nucleation and crystallization occurred. In the first one, the samples were heated to 1100 degrees C with a heating rate of 10 degrees C/min. In the second one, there was an initial heating rate of 10 degrees C/min up to 780 degrees C, which was kept for 5 minutes. After that, the samples were heated to 1100 degrees C at a heating rate of 1 degrees C/min. Microhardness analyses showed that base glass presented values around 7.0 GPa. The glass-ceramics obtained from the powder sintering showed microhardness values lower than those obtained from monolithic samples. The highest hardness values were observed in the samples which were treated with two heating rates, whose values were around 9.2 +/- 0.5 GPa. Moreover, the glass-ceramics which were produced with an only heating rate, presented values around 7.1 +/- 0.2 GPa, very close to those observed in the base glass.

Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of endoglucanase III from Trichoderma harzianum

Endoglucanases are enzymes that hydrolyze cellulose and are important components of the cellulolytic complex. In contrast to other members of the complex, they cleave internal beta-1,4-glycosidic bonds in the cellulose polymer, allowing cellulose to be used as an energy source. Since biomass is an important renewable source of energy, the structural and functional characterization of these enzymes is of interest. In this study, endoglucanase III from Trichoderma harzianum was produced in Pichia pastoris and purified. Crystals belonging to the orthorhombic space group P212121, with unit-cell parameters a = 47.54, b = 55.57, c = 157.3 angstrom, were obtained by the sitting-drop vapour-diffusion method and an X-ray diffraction data set was collected to 2.07 angstrom resolution.

Polymer controlled mineralization of zinc phosphate hydrates and applications in corrosion protection, catalysis and biomedicine

ZUSAMMENFASSUNG Die Tauglichkeit von Hybridmaterialien auf der Basis von Zinkphosphathydrat-Zementen zum Einsatz als korrosionshemmende anorganische Pigmente oder zur prothetischen und konservierenden Knochen- und Zahntherapie wird weltweit empirisch seit den neunziger Jahren intensiv erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden zuerst Referenzproben, d.h. alpha-und beta-Hopeite (Abk. a-,b-ZPT) dank eines hydrothermalen Kristallisationsverfahrens in wässerigem Milieu bei 20°C und 90°C hergestellt. Die Kristallstruktur beider Polymorphe des Zinkphosphattetrahydrats Zn3(PO4)2  4 H2O wurde komplett bestimmt. Einkristall-strukturanalyse zeigt, daß der Hauptunterschied zwischen der alpha-und beta-Form des Zinkphosphattetrahydrats in zwei verschiedenen Anordnungen der Wasserstoffbrücken liegt. Die entsprechenden drei- und zweidimensionalen Anordnungen der Wasserstoffbrücken der a-und b-ZPT induzieren jeweils unterschiedliches thermisches Verhalten beim Aufwärmen. Während die alpha-Form ihr Kristallwasser in zwei definierten Stufen verliert, erzeugt die beta-Form instabile Dehydratationsprodukt. Dieses entspricht zwei unabhängigen, aber nebeneinander ablaufenden Dehydratationsmechanismen: (i) bei niedrigen Heizraten einen zweidimensionalen Johnson-Mehl-Avrami (JMA) Mechanismus auf der (011) Ebene, der einerseits bevorzugt an Kristallkanten stattfindet und anderseits von existierenden Kristalldefekten auf Oberflächen gesteuert wird; (ii) bei hohen Heizraten einem zweidimensionalen Diffusionsmechanismus (D2), der zuerst auf der (101) Ebene und dann auf der (110) Ebene erfolgt. Durch die Betrachtung der ZPT Dehydratation als irreversibele heterogene Festkörperstufenreaktion wurde dank eines „ähnlichen Endprodukt“-Protokolls das Dehydratationsphasendiagramm aufgestellt. Es beschreibt die möglichen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Hydratationszuständen und weist auf die Existenz eines Übergangszustandes um 170°C (d.h. Reaktion b-ZPT  a-ZPT) hin. Daneben wurde auch ein gezieltes chemisches Ätzverfahren mit verdünnten H3PO4- und NH3 Lösungen angewendet, um die ersten Stufe des Herauslösens von Zinkphosphat genau zu untersuchen. Allerdings zeigen alpha- und beta-Hopeite charakteristische hexagonale und kubische Ätzgruben, die sich unter kristallographischer Kontrolle verbreitern. Eine zuverlässige Beschreibung der Oberfächenchemie und Topologie konnte nur durch AFM und FFM Experimente erfolgen. Gleichzeitig konnte in dieser Weise die Oberflächendefektdichte und-verteilung und die Volumenauflösungsrate von a-ZPT und b-ZPT bestimmt werden. Auf einem zweiten Weg wurde eine innovative Strategie zur Herstellung von basischen Zinkphosphatpigmenten erster und zweiter Generation (d.h. NaZnPO4  1H2O und Na2ZnPO4(OH)  2H2O) mit dem Einsatz von einerseits oberflächenmodifizierten Polystyrolatices (z.B. produziert durch ein Miniemulsionspolymerisationsverfahren) und anderseits von Dendrimeren auf der Basis von Polyamidoamid (PAMAM) beschritten. Die erhaltene Zeolithstruktur (ZPO) hat in Abhängigkeit von steigendem Natrium und Wassergehalt unterschiedliche kontrollierte Morphologie: hexagonal, würfelförmig, herzförmig, sechsarmige Sterne, lanzettenförmige Dendrite, usw. Zur quantitativen Evaluierung des Polymereinbaus in der Kristallstruktur wurden carboxylierte fluoreszenzmarkierte Latices eingesetzt. Es zeigt sich, daß Polymeradditive nicht nur das Wachstum bis zu 8 µm.min-1 reduzierten. Trotzdem scheint es auch als starker Nukleationsbeschleuniger zu wirken. Dank der Koordinationschemie (d.h. Bildung eines sechszentrigen Komplexes L-COO-Zn-PO4*H2O mit Ligandenaustausch) konnten zwei einfache Mechanismen zur Wirkung von Latexpartikeln bei der ZPO Kristallisation aufgezeigt werden: (i) ein Intrakorona- und (ii) ein Extrakorona-Keimbildungsmechanismus. Weiterhin wurde die Effizienz eines Kurzzeit- und Langzeitkorrosionschutzes durch maßgeschneiderte ZPO/ZPT Pigmente und kontrollierte Freisetzung von Phosphationen in zwei Näherungen des Auslösungsgleichgewichts abgeschätzt: (i) durch eine Auswaschungs-methode (thermodynamischer Prozess) und (ii) durch eine pH-Impulsmethode (kinetischer Prozess. Besonders deutlich wird der Ausflösungs-Fällungsmechanismus (d.h. der Metamorphismus). Die wesentliche Rolle den Natriumionen bei der Korrosionshemmung wird durch ein passendes zusammensetzungsabhängiges Auflösungsmodell (ZAAM) beschrieben, das mit dem Befund des Salzsprühteste und der Feuchtigkeitskammertests konsistent ist. Schließlich zeigt diese Arbeit das herausragende Potential funktionalisierter Latices (Polymer) bei der kontrollierten Mineralisation zur Herstellung maßgeschneiderter Zinkphosphat Materialien. Solche Hybridmaterialien werden dringend in der Entwicklung umweltfreundlicher Korrosionsschutzpigmente sowie in der Dentalmedizin benötigt.

Simulations of amphiphilic peptides at the air-water interface

Amphiphile Peptide, Pro-Glu-(Phe-Glu)n-Pro, Pro-Asp-(Phe-Asp)n-Pro, und Phe-Glu-(Phe-Glu)n-Phe, können so aus n alternierenden Sequenzen von hydrophoben und hydrophilen Aminosäuren konstruiert werden, dass sie sich in Monolagen an der Luft-Wasser Grenzfläche anordnen. In biologischen Systemen können Strukturen an der organisch-wässrigen Grenzfläche als Matrix für die Kristallisation von Hydroxyapatit dienen, ein Vorgang der für die Behandlung von Osteoporose verwendet werden kann. In der vorliegenden Arbeit wurden Computersimulationenrneingesetzt, um die Strukturen und die zugrunde liegenden Wechselwirkungen welche die Aggregation der Peptide auf mikroskopischer Ebene steuern, zu untersuchen. Atomistische Molekulardynamik-Simulationen von einzelnen Peptidsträngen zeigen, dass sie sich leicht an der Luft-Wasser Grenzfläche anordnen und die Fähigkeit haben, sich in β-Schleifen zu falten, selbst für relativ kurze Peptidlängen (n = 2). Seltene Ereignisse wie diese (i.e. Konformationsänderungen) erfordern den Einsatz fortgeschrittener Sampling-Techniken. Hier wurde “Replica Exchange” Molekulardynamik verwendet um den Einfluss der Peptidsequenzen zu untersuchen. Die Simulationsergebnisse zeigten, dass Peptide mit kürzeren azidischen Seitenketten (Asp vs. Glu) gestrecktere Konformationen aufwiesen als die mit längeren Seitenketten, die in der Lage waren die Prolin-Termini zu erreichen. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Prolin-Termini (Pro vs. Phe) notwendig sind, um eine 2D-Ordnung innerhalb derrnAggregate zu erhalten. Das Peptid Pro-Asp-(Phe-Asp)n-Pro, das beide dieser Eigenschaften enthält, zeigt das geordnetste Verhalten, eine geringe Verdrehung der Hauptkette, und ist in der Lage die gebildeten Aggregate durch Wasserstoffbrücken zwischen den sauren Seitenketten zu stabilisieren. Somit ist dieses Peptid am besten zur Aggregation geeignet. Dies wurde auch durch die Beurteilung der Stabilität von experimentnah-aufgesetzten Peptidaggregaten, sowie der Neigung einzelner Peptide zur Selbstorganisation von anfänglich ungeordneten Konfigurationen unterstützt. Da atomistische Simulationen nur auf kleine Systemgrößen und relativ kurze Zeitskalen begrenzt sind, wird ein vergröbertes Modell entwickelt damit die Selbstorganisation auf einem größeren Maßstab studiert werden kann. Da die Selbstorganisation an der Grenzfläche vonrnInteresse ist, wurden existierenden Vergröberungsmethoden erweitert, um nicht-gebundene Potentiale für inhomogene Systeme zu bestimmen. Die entwickelte Methode ist analog zur iterativen Boltzmann Inversion, bildet aber das Update für das Interaktionspotential basierend auf der radialen Verteilungsfunktion in einer Slab-Geometrie und den Breiten des Slabs und der Grenzfläche. Somit kann ein Kompromiss zwischen der lokalen Flüssigketsstruktur und den thermodynamischen Eigenschaften der Grenzfläche erreicht werden. Die neue Methode wurde für einen Wasser- und einen Methanol-Slab im Vakuum demonstriert, sowie für ein einzelnes Benzolmolekül an der Vakuum-Wasser Grenzfläche, eine Anwendung die von besonderer Bedeutung in der Biologie ist, in der oft das thermodynamische/Grenzflächenpolymerisations-Verhalten zusätzlich der strukturellen Eigenschaften des Systems erhalten werden müssen. Daraufrnbasierend wurde ein vergröbertes Modell über einen Fragment-Ansatz parametrisiert und die Affinität des Peptids zur Vakuum-Wasser Grenzfläche getestet. Obwohl die einzelnen Fragmente sowohl die Struktur als auch die Wahrscheinlichkeitsverteilungen an der Grenzfläche reproduzierten, diffundierte das Peptid als Ganzes von der Grenzfläche weg. Jedoch führte eine Reparametrisierung der nicht-gebundenen Wechselwirkungen für eines der Fragmente der Hauptkette in einem Trimer dazu, dass das Peptid an der Grenzfläche blieb. Dies deutet darauf hin, dass die Kettenkonnektivität eine wichtige Rolle im Verhalten des Petpids an der Grenzfläche spielt.

Crystallization and morphology of the PLLA phase within random poly (L-lactide-ran-ɛ-caprolactone)

This work has mainly focused on the poly (L-lactide) (PLLA) which is a material for multiple applications with performances comparable to those of petrochemical polymers (PP, PS, PET, etc. ...), readily recyclable and also compostable. However, PLLA has certain shortcomings that limit its applications. It is a brittle, hard polymer with a very low elongation at break, hydrophobic, exhibits low crystallization kinetics and takes a long time to degrade. The properties of PLLA may be modified by copolymerization (random, block, and graft) of L-lactide monomers with other co-monomers. In this thesis it has been studied the crystallization and morphology of random copolymers poly (L-lactide-ran-ε-caprolactone) with different compositions of the two monomers since the physical, mechanical, optical and chemical properties of a material depend on this behavior. Thermal analyses were performed by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TGA) to observe behaviors due to the different compositions of the copolymers. The crystallization kinetics and morphology of poly (L-lactide-ran-ε-caprolactone) was investigated by polarized light optical microscopy (PLOM) and differential scanning calorimetry (DSC). Their thermal behavior was observed with crystallization from melt. It was observed that with increasing amounts of PCL in the copolymer, there is a decrease of the thermal degradation. Studies on the crystallization kinetics have shown that small quantities of PCL in the copolymer increase the overall crystallization kinetics and the crystal growth rate which decreases with higher quantities of PCL.

Synthesis, characterization and crystallization of bionanocomposites based on PLLA, PCL and nanocellulose

In recent years, environmental concerns and the expected shortage in the fossil reserves have increased further development of biomaterials. Among them, poly(lactide) PLA possess some potential properties such as good ability process, excellent tensile strength and stiffness equivalent to some commercial petroleum-based polymers (PP, PS, PET, etc.). This biobased polymer is also biodegradable and biocompatible However, one great disadvantage of commercial PLA is slow crystallization rate, which restricts its use in many fields. Using of nanofillers is viewed as an efficient strategy to overcome this problem. In this thesis, the effect of bionanofillers in neat PLA and in blends of poly (L-lactide)(PLA)/poly(ε-Caprolactone) (PCL) has been investigated. The used nanofillers are: poly(L-lactide-co-ε-caprolactone) and poly(L-lactide-b-ε-caprolactone) grafted on cellulose nanowhiskers and neat cellulose nanowhiskers (CNW). The grafting reaction of poly(L-lactide-co-caprolactone) and poly (L-lactide-b-caprolactone) on the nanocellulose has been performed by the grafting from technique. In this way the polymerization reaction it is directly initiated on the substrate surface. The condition of the reaction were chosen after a temperature and solvent screening. By non-isothermal an isothermal DSC analysis the effect of bionanofillers on PLA and 80/20 PLA/PCL was evaluated. Non-isothermal DSC scans show a nucleating effect of the bionanofillers on PLA. This effect is detectable during PLA crystallization from the glassy state. Cold crystallization temperature is reduced upon the addition of the poly(L-lactide-b-caprolactone) grafted on cellulose nanowhiskers that is most performing bionanofiller in acting as a nucleating agent. On the other hand, DSC isothermal analysis on the overall crystallization rate indicate that cellulose nanowhiskers are best nucleating agents during isothermal crystallization from the melt state. In conclusion, nanofillers have different behavior depending on the processing conditions. However, the efficiency of our nanofillers as nucleating agent was clearly demonstrated in both isothermal as in non-isothermal condition.