Universitatea “Alexandru Ioan Cuza” Facultatea de Fizică

Rezumatul tezei de doctorat

CONTRIBUŢII LA STUDIUL PROPRIETĂŢILOR

OPTICE ŞI STRUCTURALE ALE UNOR

DERIVAŢI POLIMERICI

Conducător ştiinţific Prof. Univ. Dr. Dana Ortansa Dorohoi

Doctorand Alina Rogojanu

IAȘI, 2011

Universitatea ,,Alexandru Ioan Cuza” Iaşi

Vă aducem la cunoștință că în data de 12 septembrie 2011, ora 900, în Sala L1 a Facultății de Fizică, domnișoara ALINA ROGOJANU, va susţine, în şedinţă publică, teza de doctorat cu titlul: CONTRIBUŢII LA STUDIUL PROPRIETĂŢILOR OPTICE ŞI STRUCTURALE

ALE UNOR DERIVAŢI POLIMERICI

în vederea obţinerii titlului ştiinţific de Doctor în domeniul fundamental ŞTIINŢE EXACTE, domeniul FIZICĂ. Comisia de doctorat are următoarea componenţă: Preşedinte: Prof. univ. dr. Dumitru Luca

Decanul Facultăţii de Fizică, Universitatea ,,Alexandru Ioan Cuza” Iaşi

Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. Dana Ortansa Dorohoi Universitatea ,,Alexandru Ioan Cuza” Iaşi

Referenţi: Prof. univ. Dr. Simion Aștilean Universitatea ,,Babeș Bolyai” Cluj Napoca

C.P.I dr. Mihail Dumitru Bărboiu Institut Europeen des Membranes, Montpellier, Franța Prof. univ. Dr. Viorica Nicoleta Dumitrașcu

Universitatea ,,Alexandru Ioan Cuza” Iaşi Vă transmitem rezumatul tezei şi vă invităm să participaţi la şedinţa publică a tezei de doctorat.

    

Mulțumiri

Adresez mulțumiri Conducerii Universității “Alexandru Ioan Cuza” din Iași și a Facultății de Fizică care mi-au oferit posibilitatea de a pregăti și susține teza de doctorat în cadrul acestui înalt for academic.

Deosebită considerație și recunoștință doamnei Prof. univ. dr. Dana Ortansa Dorohoi, conducătorul științific al tezei, pentru sprijinul permanent, pentru prețioasele îndrumări acordate elaborării tezei de doctorat, pentru bunăvoință, răbdare și înțelegere, precum și pentru întreaga contribuție la formarea mea ca cercetător.

Sincere mulțumiri adresate distinșilor membri ai comisiei de referenți, care au avut amabilitatea analizării și evaluării obiectivelor științifice prezentate în această lucrare.

Profunde și sincere mulțumiri adresez domnului Mihail Dumitru Bărboiu, directorul Institutului European de Membrane, Montpellier, Franța, pentru sprijinul acordat realizării acestei lucrări, oferindu-mi posibilitatea utilizării aparaturii și echipamentelor din dotarea laboratoarelor, pe parcursul stagiului de cercetare.

Cu deosebită considerație și respect adresez mulțumiri doamnei C.P. II Elena Rusu de la Institutul de Chimie Macromoleculară Petru Poni din Iași pentru colaborarea fructuoasă, pentru sprijinul moral și științific, pentru înțelegerea și încrederea acordată.

Calde mulțumiri colegilor din laboratorul de Fizica Plasmei, colegilor din cadrul Institutului European de Membrane, precum și colectivelor din cadrul Institutului de Chimie Macromoleculară Petru Poni, pentru colaborarea deosebită, pentru sprijinul, sfaturile și încurajările oferite, care într-un fel sau altul, m-au ajutat să duc la bun sfârsit această lucrare.

Mulțumesc și sunt profund recunoscătoare familiei mele, pentru sprijinul moral, înțelegerea și răbdarea oferite pe parcursul anilor de studiu.

CUPRINS

Introducere I. Studiu de literatură

Cap.1 Stadiul actual al cunoaşterii în domeniul modificării proprietăţilor polimerilor 1 1.1 Metode de modificare a suprafeţei polimerilor 2

1.1.1 Tratamentul în plasmă 4 1.1.2 Tratamentul cu radiaţii ultraviolete (UV) 6 1.1.3 Tratamentul termic 9

1.2 Metode de modificare a proprietăţilor de volum ale polimerilor 10 1.2.1 Amestecul de polimeri (blend) 10 1.2.2 Reticularea chimică a polimerilor 12

Cap. 2 Metode de studiu a proprietăţilor polimerilor 14 2.1 Metoda unghiului de contact 15 2.2 Microscopia de forţă atomică (AFM) 18 2.3 Spectroscopia de absorbţie în infraroşu (FTIR) 21 2.4 Spectroscopia de fotoelectroni X (XPS) 25 2.5 Microscopia electronică cu baleiaj (SEM) 26 2.6 Difracţia de radiaţii X (XRD) 29 2.7 Spectroscopia de absorbţie UV-VIS 31 Cap. 3 Proprietăţi generale şi aplicaţii ale poli(alcoolului vinilic) (PVA) 32 3.1 Proprietăţile poli(alcoolului vinilic) 33 3.2 Metode de obţinere a filmelor şi fibrelor polimere 37

3.2.1. Metoda depunerii din soluţie 37 3.2.2. Metoda electrospinning de obţinere a fibrelor polimere 38

II. Contribuţii proprii Cap. 4 Studiul proprietăţilor membranelor de PVA 39 4.1 Materiale şi metode 39 4.2 Analiza structurii chimice a polimerului prin spectroscopia în IR cu transformată Fourier – reflexie totală atenuată (ATR-FTIR)

41

4.3 Analiza morfologiei suprafeţei polimerului 43 4.4 Analiza structurii polimerului prin difracţie de radiaţii X (XRD) 47 4.5 Analiza caracterului hidrofil-hidrofob al filmelor de PVA 52 Concluzii 54 Cap. 5 Studiul comportamentului filmelor de PVA la tratamente fizice şi chimice 55 5.1 Studiul comportamentului filmelor de PVA la tratamentul în plasmă la presiunea atmosferică

55

5.1.1 Analiza structurii chimice a polimerului prin spectroscopia în IR cu transformată Fourier – reflexie totală atenuată (ATR-FTIR)

56

5.1.2 Analiza compoziției chimice a suprafeței polimerului prin spectroscopia de fotoelectroni X (XPS)

57

5.1.3 Analiza topografiei suprafeței filmelor polimere tratate în plasmă 62 5.1.4 Analiza caracterului hidrofil-hidrofob al suprafeţelor de PVA tratate în

plasmă 63

5.1.5 Analiza gradului de umflare şi de solubilitate a filmelor de PVA 65 5.2 Studiul comportamentului filmelor de PVA la tratamentul termic 68

5.2.1 Influenţa temperaturii de tratament asupra gradului de umflare şi de solubilitate a polimerului

68

5.2.2 Influenţa tratamentului termic asupra proprietăţilor structurale ale 70

filmelor de PVA total hidrolizat 5.2.3 Determinarea gradului de cristalinitate a filmelor de PVA tratate termic 73

5.2.4 Evaluarea gradului de umflare al probelor de PVA în urma tratamentului termic

75

5.2.5 Evaluarea unghiului de contact al probelor polimere supuse tratamentului termic

76

5.3 Studiul comportamentului filmelor de PVA la tratamentul cu radiaţii din domeniul UV

79

5.4 Studiul comportamentului filmelor de PVA supuse reticulării chimice 83 5.5 Studiul comportamentului filmelor obţinute din amestecuri de PVA 86 5.5.1 Materiale şi metode 86

5.5.2 Analiza structurii chimice a filmelor de PVA-CS 88 5.5.3 Analiza morfologiei suprafeţei filmelor de PVA-CS 89 5.5.4 Analiza structurii filmelor de PVA-CS prin difracţie de radiaţii X (XRD) 91 5.5.5 Evaluarea caracterului hidrofil-hidrofob al filmelor de PVA-CS 92

Concluzii 93 Cap. 6 Studiul proprietăţilor optice ale filmelor de PVA 94 6.1. Proprietăţile optice ale filmelor de PVA 94 6.2 Studiul proprietăţilor optice ale filmelor de PVA colorate cu roşu de Congo 96

6.2.1 Materiale şi metode 96 6.2.2 Evaluarea proprietăţilor optice ale filmelor de PVA colorate cu roşu de

Congo 98

6.3 Studiul proprietăţilor optice ale filmelor de PVA colorate cu ftalazinium ilide

103

6.3.1 Materiale şi metode 104 6.3.2 Evaluarea proprietăţilor optice ale filmelor de PVA ce conţin

ftalazinium ilide 105

Concluzii 108 Cap. 7 Aplicaţii ale membranelor de PVA în studii de eliberare in-vitro a medicamentelor

109

7.1 Materiale şi metode 109 7.2 Modalităţi de interpretare a cineticii de eliberare 112 7.3 Caracterizarea membranelor de PVA utilizate ca sisteme de eliberare in-vitro 115 7.4 Studiul eliberării in-vitro a acidului salicilic din membranele de PVA 120 Concluzii 124 Cap. 8 Studii de eliberare in-vitro a medicamentelor înglobate în matrici polimere monitorizate prin tehnica de spectrometrie de masă cuplată cu cromatografia de lichide

126

8.1 Studii de eliberare in-vitro a nicotinei din filmele de PVA 130 8.1.1 Materiale şi metode 130 8.1.2 Rezultate şi discuţii 135

8.2 Studii de eliberare in-vitro a acidului salicilic din filmele de PVA 137 8.2.1 Materiale şi metode 137

Concluzii 140 Concluzii generale 141 Bibliografie 142 Lista de lucrări ştiinţifice Lista de participări la conferinţe naţionale şi internaţionale

INTRODUCERE

În contextul actual al progreselor remarcabile din domenii precum industria, tehnologia,

telecomunicaţiile, construcţii civile, tehnica de calcul, medicina – protejarea mediului a devenit

o problemă de importanţă vitală pentru întreaga omenire.

În multe aplicaţii practice, utilizarea cu succes a unui material depinde foarte mult de

proprietăţile de suprafaţă ale acestuia şi nu de cele de volum. Polimerii sunt aplicaţi cu succes în

domenii precum: biomateriale, acoperiri de protecţie, compozite, dispozitive microelectronice,

tehnologia filmelor subţiri. În general, pentru succesul acestor aplicaţii, sunt necesare proprietăţi

de suprafaţă speciale în ceea ce priveşte compoziţia chimică, hidrofilicitatea, rugozitatea,

cristalinitatea, conductivitatea şi densitatea de reticulare. De cele mai multe ori, materialele

polimere nu posedă proprietăţi de suprafaţă necesare pentru aceste aplicaţii. Cu toate acestea, ele

au excelente proprietăţi fizice şi chimice în volum, sunt ieftine şi uşor de procesat. În structura

şi proprietăţile polimerilor pot avea loc modificări dorite şi nedorite în mediul înconjurător sau

în condiţii prestabilite. Un interes tot mai mare pentru cercetători şi utilizatorii finali îl prezintă

monitorizarea acestor modificări, în scopul de a adapta cel mai bun material pentru o anumită

aplicaţie.

Pornind de la ideea că poli(alcoolul vinilic) (PVA) este un polimer biocompatibil,

biodegradabil, netoxic, ce oferă o gamă largă de modificări a proprietăţilor de suprafaţă şi în

volum, în cadrul acestui studiu s-a abordat problema obţinerii de materiale pe bază de PVA prin

diferite tehnici, în scopul de a obţine materiale cu proprietăţi controlate, cu aplicaţii in medicină,

biologie şi industrie.

Tema tezei de doctorat: “Contribuţii la studiul proprietăţilor optice şi structurale ale unor

derivaţi polimerici” a fost aleasă datorită importanţei pe care o au proprietăţile fizice şi chimice

ale suprafeţei şi volumului unor polimeri în alegerea materialului optim pentru aplicaţia dorită.

Scopul tezei de doctorat este de a studia modificările ce au loc în structura materialelor

polimere în urma anumitor tratamente fizice şi chimice. Un alt obiectiv vizat a fost legat de

potenţiala utilizare a polimerului în aplicaţii medicale şi anume imobilizarea şi eliberarea de

principii active.

Teza de doctorat “Contribuţii la studiul proprietăţilor fizico-chimice ale unor derivaţi

polimerici” este structurată în două părţi distincte: stadiul actual al cunoaşterii în domeniul

modificării proprietăţilor polimerului şi contribuţii personale.

În capitolul 1 sunt prezentate aspecte teoretice şi practice referitoare la stadiul actual de

cunoaştere raportat la referinţe din literatura de specialitate în domeniul caracterizării şi

aplicaţiilor materialelor polimerice modificate prin diferite metode fizice şi chimice precum:

tratamentul în plasmă, tratamentul termic, tratamentul cu radiaţii UV, reticularea chimică,

amestecul de polimeri (blend).

În capitolul 2 sunt prezentate metodele de analiză utilizate în vederea caracterizării

materialelor polimerice obţinute şi anume: spectroscopia de absorbţie UV-Vis, spectroscopia în

infraroşu cu transformată Fourier în montajul de reflexie totală atenuată (ATR-FTIR),

spectroscopie de fotoelectroni X (XPS), difracţia de raze X (XRD), microscopia de forţă atomică

(AFM), microscopia electronică de baleiaj (SEM), metoda unghiului de contact.

Capitolul 3 prezintă proprietăţile fizico-chimice ale PVA şi metodele de obţinere a

filmelor şi fibrelor de PVA pentru studiul de faţă.

Capitolul 4 cuprinde un studiu al proprietăţilor membranelor de PVA sub formă de filme

şi fibre. Au fost obţinute membrane de PVA sub formă de filme şi fibre. Filmele au fost depuse

din soluţie de PVA de două sorturi: parţial hidrolizat şi total hidrolizat, iar fibrele au fost

obţinute prin electrofilarea (metoda electrospinning) soluţiei de PVA parţial hidrolizat.

Caracterizarea membranelor de PVA a fost realizată prin spectroscopie de absorbţie în infraroşu,

difracţie de radiaţii X, spectroscopie electronică cu baleiaj, măsurători de unghi de contact.

În capitolul 5 sunt prezentate detalii referitoare la obţinerea şi caracterizarea materialelor

polimerice modificate, urmărind determinarea parametrilor optimi de obţinere şi îmbunătăţirea

proprietăţilor fizico-chimice în urma tratamentelor aplicate. S-au analizat probele din punct de

vedere al energeticii suprafeţei, al gradului de cristalinitate, al gradului de umflare şi de

solubilitate al polimerului.

Capitolul 6 pune accent pe studiul proprietăţilor optice ale matricii de PVA în care a fost

înglobaţi coloranţi precum roşu de Congo şi ftalazinium ilide. Materialele polimere dopate cu

diverşi coloranţi au numeroase aplicaţii opto-electronice: sisteme de înregistrare optică şi

printare pe baza de laser, conversia frecvenţei luminii, ghiduri de undă, procesarea semnalelor

optice şi stocarea de date.

Capitolul 7 urmăreşte în detaliu obţinerea de matrici polimere pe bază de PVA, cu

aplicaţii biomedicale, precum şi influenţa matricii polimere asupra cineticii de eliberare a

principiilor active. Testele de eliberare in vitro a acidului salicilic au fost realizate într-o soluţie

tampon de ph 5,5 şi temperatură 32 °C, caracteristice pielii, în scopul utilizării matricii de PVA

dopat cu acid salicilic ca pansamente pentru vindecarea rănilor şi a acneei.

În capitolul 8 s-a realizat un studiu de eliberare a nicotinei şi acidului salicilic din matrici

polimere, monitorizat prin tehnica spectrometriei de masă cuplată cu cromatografia de lichide.

S-a observat o variaţie neuniformă a concentraţiei de medicament în timp în cazul filmelor de

PVA.

Lucrarea se încheie prin sublinierea contribuţiilor proprii şi a celor mai importante

concluzii rezultate în urma studiilor experimentale efectuate.

1

CAPITOLUL 1

Stadiul actual al cunoaşterii în domeniul modificării

proprietăţilor polimerilor

În ultimii ani s-a observat o creştere a tendinţei de a înlocui materialele tradiţionale cum ar

fi sticla, metalele, hârtia cu materiale polimere. Polimerii au un număr mare de avantaje în ceea

ce priveşte utilizarea lor în diferite aplicaţii datorită caracteristicilor atractive pe care le prezintă

şi anume: stabilitate chimică, flexibilitate, procesabilitate ridicată, cost redus. Pentru aplicarea

cu succes a polimerilor în domenii precum biomateriale, tehnologia filmelor subţiri şi a

membranelor de filtrare sunt necesare proprietăţi specifice în ceea ce priveşte compoziţia

chimică, caracterul hidrofob-hidrofil, rugozitatea, cristalinitatea, densitatea de reticulare.

Deoarece de cele mai multe ori polimerii nu posedă proprietăţile necesare pentru aceste aplicaţii

a apărut necesitatea modificărilor proprietăţilor polimerilor prin diverse metode.

Pentru simplitate, metodele de modificare a proprietăţilor polimere au fost împărţite în trei

categorii: modificări ale proprietăţilor de suprafaţă, modificări ale proprietăţilor de volum şi alte

modificări.

1.1 Metode de modificare a suprafeţei polimerilor

Metodele de modificare a proprietăţilor de suprafaţă se împart în trei mari categorii:

metode fizice (tratamentul în plasmă [1-5], ablaţia laser [6], tratamente cu radiaţii UV [7-9], X

sau γ, tratamente cu fascicule de ioni sau electroni), metode chimice (gravura alcalină sau acidă,

oxidarea [1], grefarea [10]) şi metode biologice (imobilizarea de biomolecule la suprafaţă [10]:

enzime, liganzi, peptide, lipide, medicamente).

1.1.1 Tratamentul în plasmă

Plasma este un gaz ionizat în stare neutră, cu o densitate egală de sarcini pozitive şi

negative. Ea este constituită din specii neutre şi încărcate cum ar fi: electroni liberi, radicali,

ioni, atomi, molecule, radiaţii UV [5]. În plasmă, speciile reactive (ioni pozitivi şi negativi,

specii neutre, atomi şi radicali liberi) sunt generate prin procese de ionizare, fragmentare şi

excitare. Acestea conduc la interacţiuni chimice şi fizice între plasmă şi suprafaţa polimerului.

Tratamentul în plasmă a suprafeţelor polimerilor a fost realizat cu ajutorul unei descărcări

cu barieră dielectrică (DBD). În literatura de specialitate există numeroase articole cu privire la

aplicarea tratamentului în plasmă pentru îndepărtarea poli(alcoolului vinilic) din ţesături precum

2

bumbacul şi mătasea [11-14]. Studii de tratament în plasmă au fost efectuate şi pentru

îmbunătăţirea proprietăţilor poli(alcoolului vinilic) utilizat ca membrane de microfiltrare şi

dehidratare a unor solvenţi [15, 16] sau ca membrane cu aplicaţii în medicină, industria

alimentară, agricultură [17, 18].

1.1.2 Tratamentul cu radiaţii ultraviolete (UV)

Iradierea cu radiaţii UV este o metodă simplă, eficientă şi necostistoare de modificare a

suprafeţei materialelor polimere. Tratamentul cu radiaţii UV induce modificări în structura

chimică a polimerilor şi în unele proprietăţi fizice ale polimerilor precum: gradul de hidratare,

solubilitatea, energia de suprafaţă, capacitatea de colorare, abilitatea de a forma legături.

În literatură sunt raportate diferite studii privind influenţa tratamentului cu radiaţii UV

asupra poli(alcoolului vinilic). S-a studiat influenţa radiaţiilor UV asupra compozitelor şi

blendurilor de PVA cu pectină şi colagen. Acestea au pus în evidenţă faptul că modificările

survenite în urma tratamentului cu radiaţii UV sunt durabile, comparativ cu cele obţinute în

urma tratamentului în plasmă care sunt parţial reversibile.

1.1.3 Tratamentul termic

Tratamentul termic este o metodă utilizată frecvent pentru modificarea şi îmbunătăţirea

proprietăţilor structurale ale materialelor polimere. Multe studii confirmă faptul că tratamentul

termic are drept consecinţe creşterea dimensiunii cristalelor, eliminarea defectelor structurale,

orientarea fazelor cristaline şi amorfe, creşterea gradului de cristalinitate al polimerilor.

Tratamentul termic este dependent de timp şi de temperatură. S-a studiat influenţa

tratamentului termic asupra membranelor de PVA la diferite temperaturi şi diferiţi timpi de

tratament [19-22] cu scopul de a obţine proprietăţile favorabile aplicaţiei dorite. Unele studii

indică temperatura de 150 ºC ca fiind temperatura optimă pentru stabilizarea polimerului [23-

25]. Odată cu creşterea temperaturii şi a duratei de tratament, culoarea polimerului se modifică,

indicând faptul că la temperaturi ridicate are loc degradarea polimerului.

1.2 Metode de modificare a proprietăţilor de volum ale polimerilor

Proprietăţile de volum ale polimerilor prezintă de asemenea interes pentru utilizatorii

finali. Acestea sunt proprietăţi care dictează modul în care se comportă polimerul la scară

macroscopică. Modulul de elasticitate Young, rezistenţa la rupere, vâscozitatea, proprietăţile de

transport sunt câteva din proprietăţile de volum ale polimerilor. Dintre metodele cel mai des

3

utilizate pentru modificarea proprietăţilor de volum se remarcă: amestecurile de polimeri

(blendurile), reticularea chimică.

1.2.1 Amestecul de polimeri (blend)

Amestecurile polimere reprezintă o tehnică atractivă în obţinerea şi prelucrarea de

materiale noi, cu proprietăţi de suprafaţă şi de volum superioare în comparaţie cu polimerii în

stare netă [26]. Proprietăţile blendurilor polimere depind de o serie de factori: tipul polimerilor,

compoziţia, compatibilitatea polimerilor, metoda de preparare a blendurilor.

Amestecurile PVA cu polimeri sintetici precum polietilen glicol (PEG), acid poli(acrilic)

(PAA) şi polivinil pirolidonă (PVP) au fost studiate în scopul utilizării acestora ca membrane în

eliberarea controlată a medicamentelor sau ca membrane sensibile la schimbarea pH-ului.

Dintre polimerii naturali, chitosanul este cel mai adesea utilizat pentru obţinerea de

blenduri polimere [27-30] cu aplicaţii în imobilizarea enzimelor, separarea proteinelor,

tratamentul apelor reziduale pentru îndepărtarea ionilor de metale grele şi a coloranţilor acizi

[28]. S-au studiat de asemenea proprietăţile blendurilor de PVA cu gelatină [31-33], amidon [34,

35] şi ciclodextrine (CD) în vederea obținerii de membrane ce pot fi utilizate aplicații

biomedicale și în tehnicile evaporării şi perevaporării [36].

1.2.2 Reticularea chimică a polimerilor

Reticularea chimică este o metodă des utilizată la fabricarea şi modificarea materialelor

polimere, influenţând o serie de proprietăţi ale polimerilor cum ar fi: rezistenţa la rupere,

rezistenţa la impact, elasticitatea, solubilitatea şi difuzia penetranţilor cu masă mică în polimer

[37]. Cei mai utilizaţi agenţi reticulanţi pentru PVA sunt glutaraldehida (GA), formaldehida,

acidul boric şi acidul maleic.

În ultimii ani, glutaraldehida a câştigat o atenţie deosebită datorită faptului că se poate lega

prin legături nespecifice de biomolecule precum proteinele [38, 39]. Un reticulant, utilizat

relativ recent pentru stabilizarea membranelor de PVA este acidul fenilboronic [40, 41]. Acizii

boronici au proprietatea de a forma complecşi reversibili în prezenţa compuşilor ce conţin dioli

[42]. Acidul fenilboronic este utilizat în domeniul biomedical în sinteza compuşilor bioactivi şi

ca agent farmaceutic [42].

4

CAPITOLUL 2

Metode de studiu a proprietăţilor polimerilor

Studiul modificărilor proprietăţilor materialelor polimere a condus la dezvoltarea de noi

metode de investigare şi la perfecţionarea celor utilizate deja. Dezvoltarea tehnicilor de

investigare a suprafeţelor a permis obţinerea unui volum apreciabil de informaţii despre toate

tipurile de suprafeţe, şi anume structura atomică şi electronică, compoziţia, reactivitatea

chimică, cristalinitate, topografie (rugozitate, structuri specifice), morfologie.

Tehnicile termodinamice şi electrochimice sunt: metoda unghiului de contact (CA),

spectroscopia de impedanţă electrochimică (EIS), metoda potenţialului electrocinetic, etc.

Tehnicile spectroscopice folosite în general sunt: spectroscopia de fotoelectroni de raze X

(XPS, sau ESCA), spectrometria de masă a ionilor secundari (SIMS), spectroscopia în infraroşu

cu achiziţie în reflexie totală atenuată (ATR-FTIR) şi spectroscopia RAMAN etc.

Tehnicile de difracţie folosite mai des sunt: difracţia de raze X (XRD), reflectometria de

raze X (XRR), difracţia de electroni de energie joasă (LEED) etc.

Tehnicile microscopice utilizate pe larg sunt: microscopia electronică de baleiaj (SEM),

microscopia electronică prin transmisie (TEM), microscopia de forţă atomică (AFM) etc.

Metodele optice sunt: elipsometria, tehnicile interferometrice etc.

CAPITOLUL 3

Proprietăţi generale şi aplicaţii ale poli(alcoolului vinilic)

Domeniul filmelor şi fibrelor polimere abordat în această lucrare este actual şi prezintă un

interes crescând în lumea ştiinţifică datorită multiplelor aplicaţii ale acestora din domeniul

medical și farmaceutic.

Pentru cercetări a fost ales poli(alcoolul vinilic) (PVA) care, deşi are o structură simplă,

este unul din materialele promiţătoare, cu multe beneficii. Printre acestea se numără costul

redus, biodegradabilitatea, nontoxicitatea [31, 43, 44], biocompatibilitatea [45, 46], dar şi

solubilitatea în apă. Cu o creştere semnificativă a cererii la nivel mondial, datorită proprietăţilor

sale şi disponibilităţii de a fi prelucrat ca emulsii, filme, fibre, hidrogeluri şi compozite,

poli(alcoolul vinilic) se află în topul polimerilor din punct de vedere al cercetărilor academice şi

al interesului utilizatorilor finali. Această poziţie a fost câştigată în special datorită diverselor

5

aplicaţii ale PVA în domeniul medical, în industrie şi agricultură sub formă de membrane cu

permitivitate selectivă, membrane de dializă, mediu pentru eliberarea controlată de medicamente

[46-48], pansament pentru vindecarea rănilor [49-51], filtre optice şi de polarizare [52-54],

biosenzori, senzori electrochimici, celule fotovoltaice.

3.1 Proprietăţile poli(alcoolului vinilic)

Poli(alcoolul vinilic) ocupă un loc special în cadrul polimerilor sintetici. O particularitate a

acestuia este aceea că nu se obţine direct prin polimerizarea monomerului său. Poli(alcoolul

vinilic) se obţine printr-o transformare polimer-analoagă a poli(acetatului de vinil). Procesul

poate avea loc prin hidroliză sau prin alcooliză, în mediu acid sau bazic.

Gradul de hidroliză reprezintă numărul de grupări hidroxil în PVA raportat la numărul

total de grupări acetat. Există PVA total hidrolizat şi parţial hidrolizat (Figura 3.1). Gradul de

hidroliză afectează solubilitatea şi rezistenţa la apă a filmelor de poli(alcool vinilic).

Fig. 3.1 Structura chimică pentru polimerul a) total hidrolizat b) parţial hidrolizat

Câteva dintre proprietăţile fizice ale poli(alcoolului vinilic) sunt prezentate în tabelul 3.1.

Tabel 3.1. Proprietăţile fizice ale PVA

Forma granulară Culoarea albă

Gradul de cristalinitate 0–0,54 pH-ul soluţiei 5,0-7,0

Numărul de saponificare 3-12 Indicele de refractie 1,494-1,557

Temperatura de tranziţie sticloasă (°C) 75-85 Temperatura de topire (°C) 230

Vâscozitatea (mPa·s) 27-33 Căldura specifică (J/kg·K) 1674

Volumul specific (m3/kg) 7,7 x 10

-4

Densitatea (g/cm3) 1,232-1,329

6

CAPITOLUL 4

Studiul proprietăţilor membranelor de PVA

4.1 Materiale şi metode

În cadrul tezei de doctorat au fost folosiţi polimeri sintetici din clasa poli (alcoolului

vinilic) cu diferite caracteristici, după cum urmează:

- poli(alcool vinilic) parţial hidrolizat: grad de polimerizare 300, grad de hidroliză 90-

93%, Mw=39600 Da;

- poli(alcool vinilic) total hidrolizat: grad de polimerizare 1600, grad de hidroliză 98-

99%, Mw=72000 Da;

Filmele de PVA au fost preparate prin metoda depunerii, iar nanofibrele au fost obţinute

prin procedeul de electrofilare (electrospinning).

Fig. 4.1 Membrană de PVA sub formă de a) film și b) rețea de fibre

S-au obţinut filme transparente şi flexibile (fig. 4.1 a) cu grosimea cuprinsă între 80 şi 150

µm. Membranele sub formă de fibre (figura 4.1 b) au culoarea albă și o grosime de aproximativ

10 µm. Prin convenţie vom denumi filmele polimere din PVA total hidrolizat cu “T”, cele din

PVA parţial hidrolizat cu “P”, iar nanofibrele cu “N”.

4.2 Analiza structurii chimice a polimerului prin spectroscopia în IR cu transformată

Fourier – reflexie totală atenuată (ATR-FTIR)

Spectrele ATR-FTIR ale probelor polimere studiate sunt prezentate în figura 4.2. În

tabelul 4.1 sunt prezentate principalele benzi de absorbţie caracteristice pentru PVA.

7

Tabel 4.1 Principalele benzi de absorbţie

caracteristice pentru PVA

Fig. 4.2 Spectrele ATR-FTIR ale filmelor de PVA

parţial hidrolizat(P) şi total hidrolizat (T)

Diferenţele care apar în spectrele filmelor de PVA din cele două sorturi se datorează

grupărilor acetat din structura polimerului, care prezintă benzi de absorbţie la 1713 cm-1 şi 1258

cm-1.

4.3 Analiza morfologiei suprafeţei polimerului

Suprafaţa filmului de polimer studiată prin microscopie electronică cu baleiaj este

netedă la nivel micrometric, fără structuri particulare sau defecte, după cum se poate observa din

figura 4.3a).

a) b)

Fig. 4.3 Imagini SEM pentru a) filme şi b) nanofibre de PVA

numărul de undă

(cm-1)

atribuire

3294 ν(O-H)

2917, 2851 ν(C-H)asim, ν(C-H)sim

2875, 2940 CH3

1713 ν(C=O)

1421, 1329 δ(CH2)

1375 δ(C-H)

1258 δ(C-O)

1090 ν(C-O)

1142 ν(C-O-C)

8

În figura 4.3b) este prezentată morfologia fibrelor de PVA. Se observă o structură de tip

reţea stratificată de fibre, fără o direcţie preferenţială de ordonare. Diametrul mediu al fibrelor a

fost obţinut prin măsurarea a 50 de nanofibre individuale. Pentru fiecare fibră s-au realizat

măsurători multiple ale diametrelor în scopul de a observa uniformitatea diametrelor fibrelor.

Diametrul fibrelor pentru aceeaşi probă variază de la 210 nm la 340 nm. Diametrul mediu al

fibrelor este de 250 nm.

4.4 Analiza structurii polimerului prin difracţie de radiaţii X (XRD)

PVA este un polimer semicristalin în care interacţiunile fizice dintre lanţurile polimere se

datorează legăturilor de hidrogen dintre grupărilor hidroxil existente. Caracterul semicristalin al

polimerului poate fi pus în evidenţă cu ajutorul difracţiei de radiaţii X.

Difractograma cristalului de PVA este prezentată în figura 4.4. Se observă că

difractograma prezintă un maxim de difracție intens la valoarea unghiului 2θ de 19,7°

corespunzător difracției radiațiilor X pe planul (101) și alți șase picuri de intensitate mai mică,

corespunzători difracției radiațiilor X pe planele (100), (001), (200), (201), (002) și (110).

Fig. 4.4 Difractograma cristalului de PVA total hidrolizat

Pentru filmele de PVA studiate au fost înregistrate difractogramele și comparate cu

difractograma cristalului de PVA. Difractograma probei T (figura 4.5) prezintă un maxim de

difracţie intens la o valoare a unghiului 2θ de 19,3° şi un pic larg la 10,62°, ce corespund

difracţiei pe planul (101), respectiv pe planul (100). Picurii corespunzători difracției radiațiilor X

pe planurile corespunzătoare unghiurilor de difracție 2θ mai mari de 25° au intensitate foarte

mică comparativ cu cristalul de PVA.

9

Fig. 4.5 Difractogramele filmelor de PVA parţial (P) şi total (T) hidrolizat

Din difractograma probei P observăm că maximul de difracţie cel mai intens este deplasat

spre unghiuri mai mari faţă de maximul de difracţie al probei polimere total hidrolizate, iar picul

corespunzător difracţiei pe planul (100) are o intensitate scăzută.

După achiziţie s-a realizat deconvoluţia difractogramelor, prin fitare de tip Lorentz

corespunzătoare reflexiilor pe planele de difracţie (101) şi (100). Din analiza matematică a

difractogramelor au rezultat parametrii precum semilărgimea picului, poziţia exactă a picului,

care au fost utilizaţi pentru calcularea dimensiunii aparente a cristalitelor (D), a distanţei

interplanare (d) şi a fracţiei cristaline (χc) [55].

cos

kD (4.1)

sin2d (4.2)

ac

cc AA

A

(4.3)

în care este lungimea de undă a radiaţiei X, este lărgimea picului la semiînălţime, şi

este unghiul Bragg, k este o constantă legată de forma cristalului, cA şi aA reprezintă aria

picului cristalin, respectiv aria halo-ului amorf.

Parametrii structurali ai PVA parţial şi total hidrolizat calculaţi plecând de la

caracteristicile picului (101) şi fracţia cristalină a filmelor polimere sunt prezentate în tabelul

10

4.2. Se observă că pentru PVA parţial hidrolizat valorile parametrilor sunt mai mici decât cele

pentru PVA total hidrolizat.

Tabel 4.2 Parametrii structurali ai PVA parţial şi total hidrolizat

Proba D101 (nm) d101 (nm) χc T 4,381 0,456 0,457 P 3,261 0,442 0,342

4.5 Analiza caracterului hidrofil-hidrofob al filmelor de PVA

Suprafaţa filmelor polimere a fost studiată din punct de vedere energetic prin măsurarea

unghiului de contact. Pentru aceasta, unghiul de contact al suprafeţei filmelor pentru apa distilată

şi glicerină au fost măsurate cu ajutorul unui dispozitiv ce permite înregistrarea fotografiilor

picăturilor de lichid pe suprafaţa filmelor polimere.

Valorile lucrului de adeziune şi ale unghiului de contact al apei şi al glicerinei pe suprafaţa

probelor de PVA sunt prezentate în tabelul 4.3.

Tabel 4.3 Unghiurile de contact ale apei şi glicerinei pentru probele de PVA

Unghi de contact (°) Lucrul de adeziune (mJ/m2) proba apă glicerină apă glicerină

P 54,02 61,62 115,57 94,42 T 66,63 68,54 101,67 87,41

Valorile unghiului de contact al suprafeţei filmelor de PVA total hidrolizat (T) sunt mai

mari decât cele pentru filme de PVA parţial hidrolizat (P).

11

CAPITOLUL 5

Studiul comportamentului filmelor de PVA la

tratamente fizice şi chimice

5.1 Studiul comportamentului filmelor de PVA la tratamentul în plasmă la presiunea

atmosferică

Pentru realizarea tratamentului în plasmă s-au utilizat filme de PVA parţial hidrolizat (P).

Probele polimere au fost tratate în plasma produsă de o descărcare cu barieră dielectrică (DBD)

cu electrozi asimetrici de tip vârf-plan. Gazul de lucru a fost He de puritate spectrală 99,99% la

un debit constant de 3 L/min. S-a lucrat la presiune atmosferică, în flux continuu de gaz. Pentru

alimentarea descărcării DBD s-a utilizat o sursă de înaltă tensiune de 9 kV, cu frecvenţa de 2

kHz. Eşantioane cu dimensiuni de 2cm/2cm au fost tratate pe ambele părţi pentru intervale de

timp de 10 şi 20 de secunde. Probele au fost denumite astfel: P1-proba netratată, P2- proba

tratată pentru un timp de 10 s, P3-proba tratată timp de 20 s.

5.1.1 Analiza structurii chimice a polimerului prin spectroscopia în IR cu

transformată Fourier – reflexie totală atenuată (ATR-FTIR)

Filmele de PVA au fost supuse studiului spectral. Spectrele obţinute pentru probele

tratate şi netratate sunt prezentate în figura 5.1.

Fig. 5.1. Spectrele ATR-FTIR ale probelor polimere tratate în plasmă

12

În cazul probelor P2 şi P3, tratate în plasmă se observă o lărgire a benzii de la 3294 cm-1.

În acelaşi timp, vibraţiile de întindere ale legăturii C-H simetrice şi antisimetrice devin mai

slabe. Banda de intensitate medie de la 1713 cm-1 creşte în intensitate după tratamentul în

plasmă, arătând încorporarea grupărilor ce conțin oxigen pe suprafaţa filmului. În plus, benzile

de la 1421 cm-1 şi 1329 cm-1 şi 1088 cm-1 cresc în intensitate şi tind să devină mai largi, cel mai

probabil datorită apariţiei fenomenului de reticulare.

La suprafaţa filmelor polimere are loc eliminarea de hidrogen şi ruperea legăturilor

esterice din grupările acetat reziduale, cu formarea de radicali liberi, ruperi de lanţ succesive şi

reticulări sub influenţa speciilor active din plasmă (ioni, radicali liberi, electroni). Radicalii

creaţi la suprafaţa polimerului reacţionează cu radicalii prezenţi în plasmă şi generează grupări

polare (hidroxil, carbonil, carboxil), care conduc la creşterea hidofilicităţii polimerului. Reacţiile

posibile pentru formarea de radicali liberi în urma tratamentului în plasmă sunt prezentate în

figura 5.2.

Fig. 5.2. Reacţii posibile de formare a radicalilor liberi în urma

tratamentului în plasmă [56]

5.1.2 Analiza compoziției chimice a suprafeței polimerului prin spectroscopia de

fotoelectroni X (XPS)

Pentru a evidenţia modificările chimice survenite în urma tratamentului în plasmă, s-au

înregistrat spectrele XPS pentru probele de polimer netratat şi tratat în plasmă.

Spectrele XPS ale probelor de PVA sunt redate în figura 5.3. Din figură se poate observa

că polimerul utilizat pentru obţinerea filmelor nu are grad de puritate 100%, ci prezintă

impurităţi de Ca şi Na provenite din procedeul de fabricaţie al polimerului.

13

Fig. 5.3. Spectrele XPS globale ale filmelor de PVA

Compoziţia chimică a suprafeţei polimerului este dată de aria picurilor corespunzătoare

elementelor C şi O obţinută prin integrarea acestor picuri şi este prezentată în tabelul 5.1.

Conform datelor din tabel, este confirmată modificarea suprafeţei filmelor de PVA în urma

tratamentului în plasmă. Datele relevă că aria picul corespunzător O1s creşte de 1,6 ori în cazul

tratamentului de 10 s în plasmă (P2), apoi scade cu 9,1% după încă 10 s de tratament (P3). În

acelaşi timp se observă o scădere a ariei picului corespunzător C1s cu 16% , urmată de o creştere

de 9,1 % pentru probele P2, respectiv P3.

Tabel 5.1 Compoziţia chimică a suprafeţei probelor polimere tratate în plasmă

Compoziţia chimică ( %) Proba

C1s O1s

Raportul atomic

O/C

P1 (0 s) 73,62 26,38 0,36

P2 (10 s) 57,02 42,98 0,75

P3 (20 s) 66,12 33,88 0,51

Variaţia raportului ariilor corespunzătoare elementelor O/C poate fi corelată cu prezenţa

speciilor chimice active din plasmă şi de la suprafaţa probelor polimere tratate. Pentru un timp

de tratament de 10 s s-a calculat o creştere a acestui raport de 0,39 comparativ cu proba

netratată. Variaţia acestui raport indică formarea de grupări polare de-a lungul lanţurilor

polimere în prima etapă de tratatment. Când acţiunea plasmei este prelungită la 20 s , pot avea

loc reacţii de reticulare.

14

Spectrul XPS corespunzător C1s conţine un pic predominant C1(C-C/C-H) şi alţi trei

picuri de intensitate mai mică, asociate grupărilor metilen C2 (C–O/C-OH), carbonil C3 (C=O)

şi ester C4 (O–C=O/COOCH3). În spectrul corespunzător O1s se pot identifica două picuri şi

anume: O1(C–O/C-OH) şi O2 (O–C=O/COOCH3). În tabelul 5.2 sunt prezentate grupările

funcţionale şi energiile de legătură obţinute din analiza spectelor C1s.

Tabel 5.2 Compoziţia chimică a suprafeţei probelor de PVA obţinută din

deconvoluţia spectrelor XPS.

Compoziţia (%) Grupări funcţionale posibile

Energia de legătură (eV)

P1 P2 P3

C-C/CH 284,8 82,21 71,58 66,95

C-O/COH 286,1 6,34 10,08 15,63

C=O 287,6 4,27 7,05 8,52

O-C=O/ COOCH3 288,8 7,16 11,25 8,74

5.1.3 Analiza topografiei suprafeței filmelor polimere

Modificările chimice din structura polimerului au loc în paralel cu modificările fizice ale

suprafeţei filmelor studiate. Acest lucru poate fi pus în evidenţă prin măsurători de microscopie

de forţă atomică (AFM). În figura 5.4 sunt prezentate imaginile 3D ale topografiei suprafeţelor

probelor aflate în studiu.

P1 P2 P3

Fig. 5.4 Imaginile 3D ale suprafeţelor de PVA tratate şi netratate

După cum se observă din figura 5.4 topografia suprafeţei filmelor polimere este

influenţată de tratamentul în plasmă. Denivelările create la suprafaţa filmelor pot fi explicate

15

prin modificările locale în structura chimică a lanţurilor polimere [57]. Datele obţinute din

analiza imaginilor 3 μm×3 μm sunt redate în tabelul 5.3.

Tabel 5.3 Parametri statistici ai suprafeţei polimerului

Parametrii de textură Proba Rugozitatea absolută

Ra (nm) Rugozitatea pătratică medie

Rrms (nm) P1/0 s 1,19 1,52

P2/10 s 1,31 2,06 P3/20 s 1,82 2,55

Din datele prezentate în tabelul 5.3 observăm că rugozitatea suprafeţei polimerului creşte

în urma tratamentului în plasmă. Această creştere poate fi pusă pe seama modificărilor care au

loc în structura polimerului şi care conduc la rearanjarea lanţurilor polimere.

5.1.4 Analiza caracterului hidrofil-hidrofob al suprafeţelor de PVA tratate în plasmă

Rugozitatea suprafeţelor are o influenţă deosebită asupra caracterului hidrofil-hidrofob.

Probele supuse tratamentului în plasmă au fost studiate din punct de vedere energetic prin

metoda unghiului de contact. Valorile obţinute pentru unghiurile de contact pentru cele trei

probe sunt prezentate în figura 5.5.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20

timp de tratatment (s)

apa

glicerina

un

gh

iul d

e co

nta

ct (

°)

Fig. 5.5 Valorile unghiului de contact ale apei şi glicerinei pentru

probele de PVA tratate în plasmă

Se observă o scădere semnificativă a valorii unghiului de contact pentru cele două lichide

cu care s-au realizat măsurătorile. Unghiul de contact al glicerinei pe eşantioanele de PVA are

valori uşor mai ridicate decât unghiul de contact al apei. Valorile scăzute ale unghiului de

contact după tratament pot fi atribuite atât formării de grupări polare cât şi creşterii rugozităţii

suprafeţei.

16

5.2 Studiul comportamentului filmelor de PVA la tratamentul termic

5.2.2 Influenţa tratamentului termic asupra proprietăţilor structurale ale filmelor de

PVA total hidrolizat

Tratamentul termic al PVA la o temperatură superioară temperaturii de vitrifiere conduce

la creşterea gradului de cristalinitate şi prin urmare la o reducere a gradului de solubilitate şi de

umflare în apă. Este cunoscut faptul că tratamentul termic induce o reorganizare a structurii

polimerilor care se reflectă în orientarea fazelor amorfă şi cristalină, creşterea dimensiunii

cristalitelor şi creşterea gradului de cristalinitate.

Pentru studierea efectelor tratamentului termic asupra proprietăţilor structurale ale filmelor

de PVA s-au utilizat eşantioane de PVA cu dimensiuni de 5cm/5cm. Acestea au fost supuse

tratamentului termic la 150 °C pentru perioade diferite de timp şi anume: T (0 minute), T1 (10

minute), T2 (30 minute) şi T3 (60 minute).

În figura 5.6 sunt prezentate spectrele ATR-FTIR ale filmelor de PVA. Tratamentul termic

al probelor de PVA are ca rezultat eliminarea apei din structura polimerului. Prin urmare are loc

o scădere a grupărilor hidroxil, care se reflectă în scăderea intensităţii benzii de la 3294 cm-1 cu

creşterea duratei tratamentului termic în spectrele FTIR. Se observă modificări relativ mici în

intensitatea benzilor din domeniul 1500-1750 cm-1. Acestea pot fi explicate prin formarea de

legături C=C într-un procent mic, în urma tratamentului termic.

Fig. 5.6 Spectrele ATR-FTIR ale filmelor de PVA

T-netratat, T1-10 minute, T2-30 minute, T3-60 minute

17

Nu se observă apariţia de benzi noi, nici modificări semnificative care să poată fi corelate

cu formarea de structuri ciclice sau specii aromate [58], specifice procesului de degradare al

polimerului a cărui schemă este redată în figura 5.13. Astfel putem concluziona că tratamentul

termic al probelor de PVA la temperatura de 150 °C nu conduce la degradarea polimerului, ci

doar la eliminarea apei din structura acestuia [59] .

În figura 5.7 sunt prezentate spectrele XRD ale probelor polimere supuse tratamentului

termic.

Pentru probele tratate se observă că aceste picuri au tendinţa de creştere faţă de proba

netratată. Cu toate acestea, se observă că pentru proba T1 supusă tratamentului termic timp de

10 minute, intensitatea picului de la 19,6° are valoarea cea mai mare, ea reducându-se la

prelungirea perioadei de tratament. Totodată se observă apariţia unui pic la unghiul 2θ=22,94°

corespunzător difracţiei pe planul (200).

Tabel 5.4 Parametrii structurali

calculați pentru maximul de difracţie (101)

Fig. 5.7 Difractogramele probelor tratate termic

Valorile dimensiunii aparente a cristalitelor D(101) şi a distanţei interplanare d(101) calculate

pentru cele 4 probe aflate în studiu sunt prezentate în tabelul 5.4. Din datele obţinute se observă

o creştere a dimensiunilor domeniilor cristaline în direcţia (101) în paralel cu o scădere a

distanţei interplanare în urma tratamentului termic.

5.2.3 Determinarea gradului de cristalinitate a filmelor de PVA tratate termic

Pentru determinarea gradului de cristalinitate al PVA au fost utilizate două metode şi

anume spectroscopia de absorbţie în infraroşu şi difracţia de radiaţii X. Rezultatele obţinute au

Proba D(101) (nm) d(101) (nm)

T 4,57 0,457

T1 5,44 0,452

T2 5,47 0,451

T3 6,68 0,450

18

fost corelate pentru mai buna înţelegere a mecanismelor care au loc în structura filmelor de PVA

atunci când acestea sunt supuse tratamentului termic.

Gradul de cristalinitate este obţinut din spectrele FTIR prin raportul intensităţilor benzilor

de absorbţie situate la 1141 cm-1 şi 1089 cm-1 atribuite secvenţelor cristaline, respectiv amorfe

din structura polimerului. Cu ajutorul spectrelor XRD prelucrate se calculează aria picurilor

corespunzătoare fracţiei cristaline şi aria halo-ului amorf. Gradul de cristalinitate a fost calculat

cu ajutorul formulei 4.3. Rezultatele obţinute prin cele două metode sunt prezentate în tabelul

5.5.

Tabelul 5.5 Valorile gradului de cristalinitate calculate din

spectrele FTIR şi XRD

Proba χc (FTIR) χc (XRD)

T 0,403 0,457

T1 0,502 0,557

T2 0,528 0,564

T3 0,537 0,571

După cum se observă din tabelul 5.5 valorile gradului de cristalinitate cresc în urma

tratamentului termic. Se obţin valori apropiate pentru cele două metode de calcul a gradului de

cristalinitate.

5.2.4 Evaluarea gradului de umflare al probelor de PVA în urma tratamentului

termic

Tratamentul termic al polimerilor peste temperatura de vitrifiere conduce la reorganizare

structurală, la creşterea gradului de cristalinitate şi la îmbunătăţirea proprietăţii de umflare a

polimerilor. Pentru a vedea cum influenţează tratamentul termic capacitatea de umflare a

filmelor de PVA total hidrolizat şi parţial hidrolizat, s-au efectuat studii de umflare ale probelor

polimere în cantităţi egale de apă distilată la temperatura camerei, pentru diferite perioade de

timp. Graficul dependenţei gradului de solubilitate de timpul de imersie în apă pentru filmele

tratat termic timp de 60 minute la temperatura de 150 °C este prezentat în figura 5.8.

Conform graficelor din figura 5.8 observăm că gradul de umflare creşte cu creşterea

timpului de imersie în apă, în cazul celor două probe. Cu toate acestea, se observă o creştere mai

lentă pentru filmul de PVA total hidrolizat, ceea ce înseamnă că filmele de PVA total hidrolizat

supuse tratamentului termic, sunt mai stabile în apă decât filmele de PVA parţial hidrolizat.

19

Fig. 5.8 Dependenţa gradului de umflare de timpul de imersie în apă

Pentru un timp de imersie de 180 de minute, gradul de umflare al probei P este de 627%,

iar pentru proba T este de 230%. Diferenţa în valorile gradului de umflare pentru cele două

probe ar putea fi explicată prin ordonarea lanţurilor polimere şi proceselor de reticulare care au

loc în urma tratamentului termic, mai intense în cazul filmelor de PVA total hidrolizat decât în

cazul filmelor de PVA parţial hidrolizat.

5.2.5 Evaluarea unghiului de contact al probelor polimere supuse tratamentului

termic

Tratamentul termic nu influenţează doar proprietăţile de volum ale polimerilor, ci şi

proprietăţile de suprafaţă ale acestora. Modificarea proprietăţilor de suprafaţă pot fi puse în

evidenţă prin măsuratori ale unghiului de contact.

Valorile unghiului de contact ale apei şi glicerinei pentru filmele de PVA total hidrolizat

sunt prezentate în figura 5.9. Se observă o scădere a valorii unghiului de contact cu creşterea

duratei de tratament termic (150 °C) al probelor. Unghiul de contact al glicerinei este uşor mai

mare decât cel al apei. Scăderile în valorile unghiurilor de contact pentru proba tratată timp de

60 de minute faţă de proba netratată sunt relativ mici, de aproximativ 5° şi 9° pentru glicerină,

respectiv pentru apă.

Se constată o scădere a unghiului de contact pentru proba T3 tratată termic faţă de proba T

netratată, pentru cele două lichide. În cazul polimerului parţial hidrolizat, valorile unghiului de

contact pentru proba tratată cresc faţă de proba netratată. Acest lucru poate fi explicat prin

rearanjarea grupărilor CH3 spre suprafaţa filmelor polimere, în urma tratamentului termic.

20

Fig. 5.9 Dependenţa unghiului de contact de timpul de tratament

pentru probele de PVA total hidrolizat

5.5 Studiul comportamentului filmelor obţinute din amestecuri de PVA

Datorită faptului că prezintă stabilitate chimică deosebită, este biocompatibil şi netoxic,

PVA îşi găseşte aplicaţii în domeniul biomedical. Îmbunătăţirea rezistenţei la apă şi a

performanţelor membranelor de PVA poate fi realizată prin realizarea de amestecuri ale PVA cu

alţi polimeri. Chitosanul este un polimer natural utilizat deseori în amestec cu PVA. Chitosanul

în amestec cu PVA prezintă proprietăţi mecanice şi chimice bune.

Amestecul celor doi polimeri s-a realizat prin adăugarea soluţiei de chitosan în soluţia de

PVA de concentraţie 7%, sub agitare moderată timp de 2 ore la temperatura de 70 °C.

Compoziţia finală a amestecului PVA-CS a fost variată de la 90/10 la 50/50 rapoarte volumice.

Tabelul 5. 6 prezintă compoziţia soluţiilor utilizate în acest studiu.

Tabel 5.6 Compoziţia amestecurilor de PVA şi chitosan

Amestec VPVA (%) VCS (%)

TC1 90 10

TC2 80 20

TC3 70 30

TC4 50 50

21

5.5.2 Analiza structurii chimice a filmelor de PVA-CS

Spectrele FTIR prezentate în figura 5.10 au confirmat prezenţa grupărilor funcţionale ale

PVA şi CS în amestecul polimer.

Fig. 5.10 Spectrele FTIR ale filmelor de PVA-CS

Chitosanul prezintă ca benzi caracteristice: 3337 cm-1 specifică vibraţiilor de întindere ale

legăturii –OH cuplată cu –NH, banda amidă I situată în domeniul 1620-1650 cm-1

corespunzătoare vibraţiilor de întindere ale legăturii -C=O din grupările acetil, banda atribuită

grupării amidă III situată la 1310-1380 cm-1 datorată vibraţiilor de deformaţie a legăturilor NH

cuplate cu vibraţiile de întindere ale legăturii CN. Banda de la 1050-1070 cm-1 este atribuită

vibraţiilor de întindere ale legăturii C-O. Existenţa benzii de la 1620-1650 cm-1 este o dovadă a

faptului că chitosanul este un produs parţial deacetilat. La 1140 cm-1 se găseşte o bandă specifică

structurii polizaharidice, iar la 1539 cm-1 banda caracteristică grupărilor -NH2 libere.

În spectrele FTIR ale filmelor de PVA-CS, banda din regiunea 3200-3500 cm-1 este

atribuită semnalelor suprapuse ale grupărilor hidroxil (-OH) din chitosan şi PVA şi amină (-NH)

din chitosan. Se observă mici deplasări ale benzilor situate la 3337 cm-1, 1620-1650 cm-1 în

spectrul filmelor de PVA-CS faţă de filmul de PVA. Picul de la 1700-1725 cm-1 se datorează

prezenţei dimerului carboxil rezultat în urma utilizării acidului acetic pentru dizolvarea

chitosanului. Intensitatea picului de la 1141 cm-1 corelat cu cristalinitatea PVA scade cu

creşterea cantităţii de chitosan.

22

5.5.3 Analiza morfologiei suprafeţei filmelor de PVA-CS

Morfologia suprafeţelor filmelor de PVA-CS a fost studiată prin microscopie electronică

cu baleiaj şi prezentată în figura 5.11.

a) b) c)

Fig. 5.11 Imagini SEM pentru (a) film de chitosan,

(b) film de PVA, (c) film de PVA-CS 50/50 (TC4)

La nivel micrometric, suprafaţa filmului de chitosan prezintă o structură fibrilară, relativ

bine evidenţiată, fără o orientare preferenţială. Filmele de PVA sunt uniforme şi nu prezintă

formaţiuni deosebite. În cazul amestecului polimer PVA-CS de compoziţie 50/50 (proba TC4)

se observă o morfologie intermediară, cu formaţiuni fibrilo-globulare.

5.5.5 Evaluarea caracterului hidrofil-hidrofob al filmelor de PVA-CS

Pentru evaluarea caracterului hidrofil-hidrofob al filmelor de PVA-CS s-a măsurat unghiul

de contact al apei şi al glicerinei. Variaţia unghiului de contact cu proporţia de chitosan din

filmele polimere este prezentată în figura 5.12.

Fig. 5.12 Variaţia unghiului de contact cu proporţia de chitosan

din filmele polimere

23

Filmele de chitosan prezintă o suprafaţă hidrofobă în comparaţie cu suprafaţa filmelor

obţinute din amestecul PVA-CS, având valori ale unghiului de contact pentru apă şi glicerină de

111,31°, respectiv 91,74°. Valorile unghiului de contact ale filmele de PVA sunt 63,58° şi

68,84° pentru apă, respectiv glicerină. Se observă o creştere a unghiului de contact cu creşterea

conţinutului de chitosan în filmele polimere, indicând o scădere a numărului de grupări polare la

suprafaţă, datorită faptului că moleculele de CS sunt mai hidrofobe decât moleculele de PVA.

Un aport deosebit la creşterea unghiului de contact îl reprezintă reacţiile de reticulare dintre

grupările OH din PVA şi NH2 din CS care limitează mobilitatea acestor grupări spre suprafaţa

filmelor [60].

24

CAPITOLUL 6

Studiul proprietăţilor optice ale filmelor de PVA

6.1. Proprietăţile optice ale filmelor de PVA

Materialele polimere dopate cu diverşi coloranţi au numeroase aplicaţii opto-electronice:

sisteme de înregistrare optică şi printare pe baza de laser, ghiduri de undă, procesarea semnalelor

optice şi stocarea de date. Aplicaţiile sistemelor polimer-colorant se bazează pe proprietăţile

optice neliniare, fluorescenţă, efectele fotocromic şi fotorefractiv. Matricile polimere cele mai

utilizate pentru încorporarea de coloranţi sunt poli(alcoolul vinilic) şi polietilena, care determină

un grad înalt de orientare al moleculelor dicroice atunci când sunt întinse.

6.2 Studiul proprietăţilor optice ale filmelor de PVA colorate cu roşu de Congo

Pentru studiul proprietăţilor optice ale filmelor de PVA am ales drept colorant roşu de

Congo a cărui structură este redată în figura 6.1.

Fig. 6.1 Structura moleculei de roşu de Congo

Colorantul utilizat în studiul de faţă este un colorant ce permite un grad de orientare

ridicat atunci când este înglobat în matrici polimere adecvate. Studiile anterioare realizate asupra

comportării colorantului roşu de Congo înglobat în matrice polimere, sugerează că momentul

electric dipolar al colorantului coincide cu axa moleculară lungă a acestuia. Ca urmare, filmele

orientate de poli(alcool vinilic) ce conţin aceşti cromofori, separaţi sau în combinaţie cu alţii, au

fost investigate pentru utilizarea ca polarizori liniari în domeniul vizibil [54, 61]. Conţinutul

de colorant din filmele polimere este redat în tabelul 6.1.

Tabelul 6.1. Conţinutul de colorant în probele polimere studiate

Proba Conţinutul de colorant (g)

PVA+CR1 6·10-3

PVA+CR3 4·10-3

PVA+CR5 1,5·10-3

25

Filmele polimere colorate au fost etirate la cald cu diferite grade de întindere cu ajutorul

unui dispozitiv de întins filme. Spectrele de absorbţie ale filmelor etirate au fost înregistrate cu

ajutorul unui spectrofotometru Specord UV-Vis Carl Zeiss Jena având în fasciculul de măsură

un polarizor cu direcţia de transmisie paralelă, respectiv perpendiculară la direcţia de întindere.

În fasciculul de comparaţie este introdus un polarizor identic.

6.2.2 Evaluarea proprietăţilor optice ale filmelor de PVA colorate cu roşu de Congo

În figura 6.2 sunt prezentate spectrele de absorbţie ale filmului CR5 pentru diferite grade

de întindere. Notaţiile din figură corespund astfel: A0 – absorbanţa filmului neîntins, ||A , A -

absorbanţele pentru lumina liniar polarizată paralel, respectiv perpendicular la direcţia de

întindere a filmului.

Gradul de întindere maxim pentru filmele de PVA dopate cu roşu de Congo este mic (~

2,5), datorită legăturilor de hidrogen dintre grupările –OH ale poli(alcoolului vinilic) şi grupările

–NH2 ale colorantului, care limitează orientarea moleculelor de colorant şi a lanţurilor polimere.

Fig. 6.2 Spectrele de absorbţie ale probei CR5

Pentru o investigare în detaliu a comportamentului orientaţional al moleculelor absorbite

în matricea polimeră, a fost calculat raportul dicroic al probelor, pentru absorbanţele măsurate la

lungimea de undă 505 nm. Birefringenţa filmelor polimere poate fi considerată ca o măsură a

gradului de orientare a lanţurilor polimere. Raportul dicroic și birefingența au fost reprezentate

în funcţie de gradul de întindere al filmelor (figura 6.3). Din figura 6.3 se observă că raportul

dicroic și birefringența cresc cu creşterea gradului de întindere al filmelor polimere. Pentru

26

proba cu cea mai mare concentraţie de colorant (CR1) valoarea raportului dicroic este de ~1,84

pentru gradul maxim de întindere. Raportul dicroic este funcţie şi de concentraţia de colorant

înglobată în soluţia polimeră.

Fig.6.3 Raportul dicroic și birefringența filmelor de PVA colorate cu roşu de Congo

funcţie de gradul de întindere

Pentru evaluarea parametrilor şi performanţei filmelor polarizoare din PVA-CR, au

fost calculaţi parametrul de ordine şi eficienţa de polarizare. În tabelul 6.2 sunt prezentate

caracteristicile filmelor de polimer colorate pentru cel mai mare grad de întindere obţinut.

Tabel 6.2. Caracteristicile probelor polimere pentru cel mai mare grad de întindere (2,5)

Proba raportul

dicroic

gradul de

întindere

parametrul de

ordine

eficienţa de

polarizare

PVA+CR1 1,838 2,440 0,218 0,595

PVA+CR3 1,648 2,256 0,177 0,570

PVA+CR5 1,544 2,435 0,153 0,483

Parametrul de ordine creşte cu creşterea gradului de întindere al filmelor polimere. În plus

parametrul de ordine creşte cu scăderea concentraţiei de colorant înglobat în matricea polimeră.

Scăderea concentraţiei de colorant înglobat determină o mai bună aliniere a moleculelor de

colorant de-a lungul lanţurilor polimere.

Valorile eficienţei de polarizare pentru filmele de PVA colorate cu roşu de Congo sunt

mai mici decât pentru polarizorii comerciali de PVA dopat cu iod, a căror eficienţă este

apropiată de 1.

27

6.3 Studiul proprietăţilor optice ale filmelor de PVA colorate cu ftalazinium ilide Moleculele de ftalazinium ilide (benzo-[d]-piridazinium ilide) [62] sunt compuşi

zwiterionici care au ca parte cationică un ciclu ftalazinic şi sarcina negativă localizată pe

carbanion. Ftalazinium ilidele pot fi mono sau disubstituite. Structura chimică a moleculelor de

ftalazinium ilide aflate în studiu este prezentată în figura 6.4.

Fig. 6.4 Structura chimică a ftalazinium ilidelor

În teză s-a urmărit analiza birefingenţei şi dicroismului filmelor de PVA colorate cu aceşti

compuşi în scopul sublinierii abilităţii moleculelor de ftalazinium ilide de a se orienta de-a

lungul lanţurilor polimere în procesele de întindere ale filmelor de PVA. Rezultatele acestui

studiu sunt importante pentru stabilirea condiţiilor în care filmele colorate de PVA pot fi

utilizate ca filtre de polarizare.

Ftalazinium ilidele utilizate în studiul de faţă sunt prezentate în tabelul 6.3. Soluţiile

polimere colorate au fost obţinute prin înglobarea ftalazinium ilidelor în soluţia de PVA.

Concentraţia soluţiei de ilide a fost de aproximativ 10-3 mol/l.

Tabelul 6.3. Substituienţii ftalazinium ilidelor studiate

Ilida R R1 R2 Nume

1Y −H −COC6H5 −COC6H5 Ftalazinium-di-benzoil-ilidă

2Y −CH3 −COC6H5 −COC6H5 6-metil-ftalazinium-di-benzoil-metilidă

3Y −CH3 −CN −CO2C2H5 6-metil-ftalazinium- ciano-carbetoxi-metilidă

6.3.2 Evaluarea proprietăţilor optice ale filmelor de PVA ce conţin ftalazinium ilide

Dicroismul filmelor colorate de PVA creşte cu gradul de întindere până la o valoare

5,3 după cum se observă din figura 6.5. Peste această valoare are loc o saturare în procesul

de aliniere şi raportul dicroic prezintă o uşoară creştere, în special pentru ilida Y2 pentru care

orientarea este completă peste un grad de întindere de 3,5. Cea mai mare valoare a dicroismului

28

a fost obţinută pentru ilida Y3, iar cea mai mică pentru ilida Y1 pentru care saturaţia a avut loc

pentru un grad de întindere 5,4 [63].

Fig. 6.5 Dependenţa raportului dicroic și a birefringenţei de gradul de întindere a filmelor de PVA (grosime 1,36 mm), PVA cu Y1(grosime 1,40 mm),

PVA cu Y2 (grosime 1,42 mm), PVA cu Y3 (grosime 1,38 mm)

Se observă o tendinţă de creştere liniară a birefringenţei până în jurul valorii de 2,5 a

gradului de de întindere a filmelor de PVA. Pentru grade de întindere mai mari de 2,5 se

observă o tendinţă de saturaţie în alinierea lanţurilor polimere. În studiile anterioare efectuate pe

cristale lichide s-a observat că birefringența probelor este mai mică în absența câmpului

electrostatic extern decât birefringența măsurată în prezența câmpului [64]. Dacă se cunosc

valorile birefingenței unui strat de cristal lichid pentru anumite lungimi de undă, se poate calcula

factorul de transmisie al unui dispozitiv ce conține un strat de cristal lichid [65].

Valorile parametrului de ordine a moleculelor ilidelor studiate în filmele de PVA sunt de

acelaşi ordin de mărime. Valoarea cea mai mare a parametrului de ordine pentru acelaşi grad de

întindere a fost obţinut pentru ilida Y2, iar cea mai mică pentru ilida Y3. Parametrul de ordine

prezintă o creştere odată cu creşterea gradului de întindere al filmelor polimere colorate.

29

CAPITOLUL 7

Aplicaţii ale membranelor de PVA în studii de eliberare

in-vitro a medicamentelor

Membranele de PVA sub formă de filme sau fibre sunt aplicate cu succes în domeniul

tehnologiei membranelor (membrane de filtrare, de separare) [21], în prepararea materialelor

biomedicale (membrane de dializă, pansamente pentru răni, piele artificială, dispozitive

cardiovasculare şi sisteme de eliberare a substanţelor active) [66, 67]. Este de aşteptat ca

membranele polimere sub formă de nanofibre să prezinte caracteristici mai bune de eliberare a

substanţelor active decît membranele sub formă de filme atât în ceea ce priveşte cantitatea, cât şi

rata de eliberare [68]. Membranele sub formă de nanofibre prezintă o structură poroasă care

oferă o suprafaţă mai mare, permiţând moleculelor de medicament să difuzeze spre exteriorul

matricii mult mai rapid decât în cazul membranelor sub formă de film care prezintă o structură

densă [69].

Pentru a vedea cum influenţează structura membranelor gradul de eliberare al

medicamentului din matricea polimeră, am efectuat studii de eliberare in-vitro a acidului

salicilic din membrane de PVA sub formă de filme şi nanofibre.

Cantitatea de medicament înglobată în probele polimere este prezentată în tabelul 7.1

Probele au fost etichetate astfel: P1-P4 –filmele polimere, N1-N4 –nanofibrele.

Tabel 7.1 Conţinutul de medicament în probele polimere

Proba Cantitatea de PVA (g)

Cantitatea de acid salicilic (g)

P1, N1 2 - P2, N2 2 0,625·10-3

P3, N3 2 0,812·10-3 P4, N4 2 1,187·10-3

7.3 Caracterizarea membranelor de PVA utilizate ca sisteme de eliberare in-vitro

Membranele de PVA sub formă de filme şi nanofibre obţinute din soluţia de polimer sunt

uniforme. Filmele de PVA sunt transparente, iar nanofibrele opace, datorită împrăştierii luminii

de către structura poroasă.

Caracteristicile structurale ale probelor au fost puse în evidenţă prin spectroscopia în

domeniul infraroşu. Spectrele ATR-FTIR sunt prezentate în figura 7.1. Spectrele FTIR prezintă

30

benzile de absorbţie caracteristice ale PVA. Nu se observă apariţia de noi benzi în urma

adăugării de acid salicilic în matricea polimeră. Pentru filmele şi fibrele aflate în studiu se

observă mici modificări în intensitatea unor benzi. Banda de absorbţie care apare la 1732 cm-1 în

spectrele filmelor devine un umăr în spectrele fibrelor, iar banda de la 1560 cm-1 apare doar în

spectrele filmelor. Dispariţia acestei benzi din spectrele fibrelor poate fi asociată cu formarea de

legături C=C în structura fibrelor [70].

Fig. 7.1 Spectrele ATR-FTIR ale filmelor polimere (prim plan) şi a

nanofibrelor (medalion)

În cazul nanofibrelor au fost investigate proprietăţile geometrice precum diametrul fibrelor

şi distribuţia diametrelor. În acest scop a fost utilizată microscopia electronică cu baleiaj.

Imaginile SEM şi distribuţia diametrelor fibrelor sunt prezentate în figura 7.2.

(a)

31

(b)

Fig. 7.2 Imaginile SEM şi distribuţia diametrelor fibrelor (a) N1, (b) N4

Fibrele de PVA sunt netede, uniforme şi nu prezintă noduri. Nu au fost detectate cristale

de acid salicilic la suprafaţa fibrelor. Fibrele individuale apar distribuite aleator, fără o direcţie

preferenţială. Diametrele firelor au fost obţinute prin prelucrarea imaginilor SEM cu ajutorul

programului ImageJ. Diametrul fibrelor este cuprins între 212 şi 279 nm. Diametrul fibrelor

scade cu creşterea cantităţii de medicament înglobat.

În figura 7.3 sunt prezentate imaginile SEM în fractură şi de suprafaţă ale filmelor de PVA

cu acid salicilic (proba P4).

a) b)

Fig. 7.3 Imaginile SEM în fractură şi în suprafaţă pentru proba P4

Se observă că filmele de PVA sunt netede, uniforme. Atât la suprafaţa filmelor, cât şi

în interior s-au format cristale de acid salicilic. Grosimea filmelor de PVA a fost de 92,4 μm.

32

7.4 Studiul eliberării in-vitro a acidului salicilic din membranele de PVA

Studiile de eliberare in-vitro a acidului salicilic din membranele polimere a fost efectuat în

duplicat la temperatura de 32 °C şi la o valoare a pH-ului de 5,5 caracteristice pielii. Graficul

eliberării acidului salicilic din membranele polimere este prezentat în figura 7.4.

Fig. 7.4 Profilul de eliberare al acidului salicilic din membranele de PVA

După cum era de aşteptat, cantitatea de medicament eliberată din membranele polimere

sub formă de nanofibre este mai mare decât cea eliberată din filme. Aceasta se datorează

structurii poroase a reţelei de nanofibre. Cantitatea de acid salicilic eliberată din membranele

polimere creşte repede în intervalul de timp 1-10 ore, după care se ajunge la saturaţie. Pentru

filmele de PVA se observă o eliberare a medicamentului de 5-7,5 % în prima oră, în timp ce

pentru nanofibre are loc o eliberare de 40-65 %.

Medicamentul este eliberat prin difuzie prin structura poroasă. Porii membranelor se

măresc în urma umflării polimerului în soluţia apoasă. Când concentraţia de acid salicilic creşte,

moleculele devin captive în suprafaţa membranei datorită migraţiei în urma tratamentului de

uscare al membranelor. Migrarea moleculelor de medicament poate duce la o distribuţie

eterogenă în matricea polimeră, conducând la apariţia fenomenului de eliberare bruscă sau

explozivă. Astfel poate fi explicată rata mare de eliberare a acidului salicilic în prima oră.

Fenomenul de eliberare bruscă este în mare parte datorat formării porilor, migraţiei

moleculelor de medicament spre suprafaţa probei o dată cu evaporarea apei din matricea

polimeră. Acest mecanism poate fi benefic în unele cazuri, atunci când se doreşte eliberarea unei

cantităţi mari de medicament în primele ore de tratament. Membranele polimere sub formă de

nanofibre nu au putut fi evaluate conform modelului Korsmeyer-Peppas, care se aplică pentru o

fracţie de substanţă activă eliberată mai mică de 60%.

33

Valorile coeficientului de corelaţie şi ale constantei de dizolvare sunt prezentate în tabelul

7.2. Coeficienţii de corelaţie pentru modelul care fitează cel mai bine datele experimentale şi n –

constanta ce dictează fenomenul de transport sunt scrise distinctiv.

Din datele prezentate în tabel se observă că valorile coeficientului de corelaţie pentru

modelul cinetic de ordinul zero este mic. Rata de eliberare a acidului salicilic este dependentă de

timp, de concentraţia iniţială de medicament şi de proprietăţile matricei polimere.

Tabel 7.2 Valorile coeficientului de corelaţie şi ale constantei de dizolvare pentru modelele

cinetice studiate

cinetica de

ordinul zero

cinetica de

ordinul I

modelul Higuchi modelul

Peppas

modelul Hixson Proba

R2 K R2 K R2 K R2 n R2 K

N4 0,868 1,363 0,983 -0,083 0,953 8,511 - - 0,958 -0,068

P4 0,756 1,561 0,809 -0,021 0,913 10,102 0,951 0,619 0,792 -0,030

N3 0,776 1,821 0,941 -0,094 0,909 11,652 - - 0,895 -0,081

P3 0,782 1,617 0,512 -0,028 0,711 12,685 0,950 0,593 0,500 -0,037

N2 0,788 1,877 0,980 -0,083 0,923 12,015 - - 0,943 -0,076

P2 0,841 2,890 0,809 -0,052 0,869 18,527 0,952 0,840 0,769 -0,066

Eliberarea acidului salicilic din filmele polimere are loc ca urmare a eroziunii matricei

polimere în paralel cu difuzia moleculelor de medicament prin porii matricii. Conform

modelului Peppas şi a valorilor obţinute pentru constanta ce dictează fenomenul de transport,

eliberarea acidului salicilic din filmele de PVA are loc printr-un transport de tip anormal. În

cazul fibrelor, cinetica de eliberare a acidului salicilic este de ordinul I, ceea ce prespune că

acidul salicilic difuzează prin porii matricii polimere.

34

N

N

CH3

CAPITOLUL 8

Studii de eliberare in-vitro a medicamentelor înglobate în matrici polimere

monitorizate prin tehnica de spectrometrie de masă cuplată cu

cromatografia de lichide

Pentru analiza polimerilor utilizând tehnica LC-MS este folosit un sistem de pompare

pentru LC cuplat cu un spectrometru de masă prin intermediul unei interfeţe de evaporare şi

ionizare a probelor. Analitul trece prin coloana cromatografică, având o curgere controlată, după

care trece prin interfaţa de evaporare şi ionizare, ajungând (prin sistemul de pompaj diferenţial al

spectrometrului de masă) în zona de analiză. În urma evaporării şi ionizării pot avea loc

fragmentări ale macromoleculelor studiate.

Tehnica LC/MS este utilizată cu succes în identificarea şi determinarea cantitativă a

medicamentelor şi metaboliţilor din probele biologice. În studiul de faţă am utilizat această

tehnică în scopul studierii eliberării in-vitro a nicotinei şi acidului salicilic din matricea de PVA.

8.1 Studii de eliberare in-vitro a nicotinei din filmele de PVA

Pentru obţinerea filmelor de PVA ce conţin nicotină s-a utilizat soluţie de PVA total

hidrolizat de concentraţie 10%. S-au realizat două tipuri de matrici de PVA. Primul tip de

matrice polimeră conţine nicotină, iar cel de-al doilea conţine complex β-ciclodextrină-nicotină.

Formula chimică şi câteva proprietăţi ale nicotinei sunt prezentate în figura 8.1.

Formula chimică: C10H14N2

Masa moleculară: 162,23 g/mol

Densitatea: 1,01 g/mol

Punctul de topire: -7,9˚C

Punctul de fierbere: 247˚C

Fig 8.1 Structura chimică şi proprietăţile nicotinei

Pentru realizarea studiilor de eliberare in-vitro s-a utilizat soluţie tampon de pH 5,5.

Eşantioane din cele două tipuri de polimer continând nicotină, cu greutatea de aproximativ 0,146

g au fost imersate în 20 ml soluţie tampon. La intervale de timp stabilite s-a extras 1ml de

soluţie tampon cu medicament eliberat pentru analiză. Volumul de soluţie extras a fost înlocuit

de fiecare dată cu acelaşi volum de soluţie tampon proaspătă. S-au extras probe pentru analiză în

35

intervalul de timp 0-24 ore. Pentru cuantificarea rezultatelor s-au preparat probe standard de

nicotină de diferite concentraţii în soluţie tampon de pH 5,5 pentru realizarea curbei de calibrare.

Atât probele standard cât şi probele de analizat au fost analizate cu ajutorul tehnicii LC-MS/MS.

Pentru selectarea metodei de ionizare în vederea detectării nicotinei au fost efectuate studii

preliminare. S-a ales ca tehnica de ionizare ESI modul de ionizare pozitiv. Pentru optimizarea

parametrilor dependenţi de masă, ionii moleculari au fost obţinuţi prin infuzie directă a soluţiilor

de analit. Ulterior au fost stabiliţi şi parametrii optimi de fragmentare şi au fost achiziţionate

spectrele de masă. Spectrul de masă ES+ al nicotinei este prezentat în figura 8.2.

Fig. 8.2 Spectrul de masă al nicotinei

8.1.2 Rezultate şi discuţii

Eşantioanele aflate în studiu conţin aproximativ 14,5 mg nicotină, valoare ce ar reprezenta

o eliberare totală a nicotinei din filmele de PVA. Raportând cantitatea de nicotină eliberată în

timp la cantitatea de nicotină conţinută în eşantioanele analizate, s-a construit graficul din figura

8.3.

Fig. 8.3 Profilul de eliberare al nicotinei din filmele de PVA

36

Se observă că în primele 30 de minute de imersie a probelor de PVA cu nicotină se

eliberează cantitatea maximă, după care are loc scăderea cantității de nicotină eliberată în timp.

Cantitatea de nicotină eliberată din filmele de PVA (PN) este mai mare decât cantitatea eliberată

din filmele ce conţin complexul ciclodextrină-nicotină (PCN).

Profilul de eliberare al nicotinei din filmele de PVA este neobişnuit, având în vedere

faptul că în timpul eliberării, concentraţia de nicotină ar trebui să crească chiar şi în condiţiile

înlocuirii eşantioanelor de soluţie de medicament cu soluţie tampon proaspătă.

8.2 Studii de eliberare in-vitro a acidului salicilic din filmele de PVA

Pentru a vedea cum influenţează matricea polimeră profilul eliberării acidului salicilic, s-

au realizat trei tipuri de matrici polimere şi anume: P (PVA), CS (chitosan) şi PCS (PVA-CS

50/50 (v/v)). Cele 3 matrici polimere conţin aceeaşi cantitate de acid salicilic. Eşantioane cu

masa de aproximativ 0,150 g au fost imersate în 20 ml soluţie tampon. Procedura de eliberare

este identică cu cea utilizată în cazul eliberării nicotinei. Au fost prelevate probe la anumite

intervale de timp şi au fost analizate prin tehnica LC-MS/MS.

Spectrul de masă al acidului salicilic este prezentat în figura 8.4.

Fig. 8.4 Spectrele MS (albastru) şi MS/MS (roşu) ale acidului salicilic

Acidul salicilic suferă doar câteva fragmentări în urma coliziunii induse de disocierea în

modul electrospray (ESI) negativ. Sun observaţi doar doi ioni produşi şi anume: ionul cu m/z 93,

corespunzător pierderii de CO2 şi ionul cu m/z 65 corespunzător pierderii de CO2 şi CO. Pentru

studiile cantitative a fost ales ionul cu m/z 9. Acesta a fost monitorizat pentru obţinerea

cromatogramei acidului salicilic în vederea realizării curbei de calibrare şi a profilului de

eliberare a acidului salicilic din matricile de polimer aflate în studiu. Pe baza datelor din curba

37

de calibrare a fost evaluată concentraţia de acid salicilic eliberat din matricile polimere. Graficul

dependenţei concentraţiei de acid salicilic eliberat în funcţie de timp este prezentat în figura 8.5.

Fig. 8.5 Variaţia în timp a concentraţiei de acid salicilic eliberat

Din figura 8.5 se observă o variaţie neuniformă a concentraţiei de acid salicilic în timp în

cazul filmelor de PVA. Variaţia concentraţiei poate fi pusă pe seama formării de micele de către

PVA. Este cunoscut faptul că PVA este solubil în apă şi prezintă proprietăţi surfactante, ceea ce

poate explica fenomenul formării de micele prin ruperea lanţurilor de PVA şi asamblarea lor în

micele ce conţin molecule de acid salicilic. Un argument în plus este acela că acidul salicilic are

caracter hidrofob, ce îi permite acestuia să se înconjoare de fragmente de polimer. Soluţia

tampon de pH 5,5, uşor acid este un mediu prielnic formării de micele. Mecanismul eliberării

acidului salicilic din filmele de PVA este un proces complex ce implică mai multe fenomene şi

anume: umflarea polimerului în prima etapă, ceea ce permite difuzarea acidul salicilic prin porii

formaţi în matricea polimeră şi deci creşterea concentraţiei în primele 30 de minute. După acest

interval are loc dizolvarea şi ruperea lanţurilor de PVA şi asamblarea lor în micele ce conţin acid

salicilic, ceea ce împiedică eliberarea medicamentului. În cazul filmelor de chitosan, are loc o

creştere a concentraţiei de acid salicilic eliberat în intervalul de 2 ore, după care are loc o

scădere lentă. Concentraţia de acid salicilic eliberat din matricea de chitosan este mai mică decât

cea eliberată din filmele de PVA. Acidul salicilic este eliberat mai greu din matricea de chitosan

datorită legăturilor care se formează între grupările OH ale acidului salicilic şi grupările NH2 din

chitosan. În plus atât chitosanul cât şi acidul salicilic au caracter hidrofob. Pentru filmele de

PVA-CS (PCS), profilul concentraţiei urmează aceeaşi alură ca şi în cazul filmelor de PVA, dar

concentraţia este mică.

38

Concluzii generale

• În urma tratamentului în plasmă al filmelor de PVA s-a observat că are loc oxidarea

suprafeţelor determinând creşterea caracterului hidrofil al acestora. De asemenea s-a

observat creşterea rugozităţii suprafeţelor tratate în plasmă.

• Experimental s-a constatat că temperatura de 150°C este optimă pentru realizarea

tratamentelor termice ale filmelor de PVA. Dimensiunile domeniilor cristaline şi gradul de

cristalinitate ale polimerului studiat cresc cu creşterea duratei tratamentului termic.

• În urma tratamentelor cu radiaţii din domeniul UV s-a observat experimental că pentru

perioade scurte de timp nu au loc modificări importante în structura polimerului.

• Suprafaţa filmelor reticulate cu glutaraldehidă devine mai hidrofobă la creşterea

cantităţii de agentului de reticulare. Se observă o scădere a gradului de umflare în urma

reticulării chimice.

• În urma realizării de amestecuri de PVA-CS s-au obţinut filme cu un grad de

hidrofobicitate mai mare decât al filmelor de PVA.

• Raportul dicroic, parametrul de ordine, birefringenţa şi eficienţa de polarizare ale

filmelor de PVA colorate cresc cu creşterea gradului de întindere al filmelor polimere

colorate.

• Experimental s-a constatat că rata de eliberare a acidului salicilic din membranele de

PVA este dependentă de timp, de concentraţia iniţială de medicament şi de proprietăţile

matricei polimere în care este înglobat.

• În urma monitorizării cineticii de eliberare a medicamentelor prin tehnica

cromatografiei lichide cuplată cu spectrometria de masă s-a observat o variaţie neuniformă

a concentraţiei de medicament în timp în cazul filmelor de PVA. Variaţia concentraţiei

poate fi pusă pe seama formării de micele de către polimer.

Bibliografie selectivă

[1] Ch. Oehr, Plasma surface modification of polymers for biomedical use, NIMB, 208, 40-47,

(2003);

[2] M. Ozdemir, C. U. Yurteri, H. Sadikoglu, Physical polymer surface modification methods

and applications in food packaging polymers, Critical Reviews in Food Science and

Nutrition, 39, (5), 457–477 (1999);

[3] F. Poncin-Epaillard, J. C. Brosse, T. Falher, Cold plasma treatment: Surface or bulk

modification of polymer films?, Macromolecules, 30, 4415-4420, (1997);

[4] N. Vandencasteele, F. Reniers, Plasma-modified polymer surfaces: Characterization using

XPS, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 178-179, 394-408,

(2010);

[5] N. De Geyter, R. Morent, C. Leys, L. Gengembre, E. Payen, Treatment of polymer films with

a dielectric barrier discharge in air, helium and argon at medium pressure, Surf. Coat.

Tech., 201, 7066–7075, (2007);

[6] D. L. Pugmire, E. A. Waddell, R. Haasch, M. J. Tarlov, L. E. Locascio, Surface

characterization of laser-ablated polymers used for microfluidics, Anal. Chem., 74, 871-

878, (2002);

[7] A. Sionkowska, A. Płanecka, J. Kozłowska, J. Skopinska-Wisniewska, Surface properties of

UV-irradiated poly(vinyl alcohol) films containing small amount of collagen, Appl. Surf.

Sci., 255, 4135–4139, (2009);

[8] J.M. Goddard, J.H. Hotchkiss, Polymer surface modification for the attachment of bioactive

compounds, Prog. Polym. Sci., 32, 698–725, (2007);

[9] H. Kaczmarek , H. Chaberska, The influence of UV-irradiation and support type on surface

properties of poly(methyl methacrylate) thin films, Appl. Surf. Sci., 252, 8185–8192,

(2006);

[10] B. Gupta, N. Anjum, Plasma and radiation-induced graft modification of polymers for

biomedical applications, Adv. Polym. Sci., 162, Springer-Verlag (2003);

[11] Z. Cai, Y. Qiu, The mechanism of air/oxygen/helium atmospheric plasma action on PVA, J

Appl. Polym. Sci., 99, 2233–2237 (2006);

[12] S. Peng, Z. Gao, J. Sun, L. Yao, C. Wang, Y. Qiu, Influence of absorbed moisture on

solubility of poly(vinyl alcohol) film during atmospheric pressure plasma jet treatment,

Surf. Coat. Tech., 204, 1222–1228, (2010);

[13] S. R. Matthews, M. G. McCord, M. A. Bourham, Poly(vinyl alcohol) desizing mechanism

via atmospheric pressure plasma exposure, Plasma Process. Polym., 2, 702 – 708, (2005);

[14] P. Ma, X. Wang, W. Xu, G. Cao, Application of corona discharge on desizing of Polyvinyl

Alcohol on cotton fabrics, J Appl. Polym. Sci., 114, 2887–2892 (2009);

[15] D.J. Upadhyaya, N.V. Bhat, Pervaporation studies of gaseous plasma treated PVA

membrane, J. Membr. Sci., 239, 255–263, (2004);

[16] M. Rafik, A. Mas, M.-F. Guimon, C. Guimon, A. Elharfi, F. Schue, Plasma-modified

poly(vinyl alcohol) membranes for the dehydration of ethanol, Polym. Int., 52, 1222 -

1229, (2003);

[17] M.-C. Pascu, M.-C. Popescu, C. Vasile, Surface modifications of some nanocomposites

containing starch, J. Phys. D: Appl. Phys., 41, 175407, (2008);

[18] S.-Y. Yang, C.-Y. Huang, Plasma treatment for enhancing mechanical and thermal

properties of biodegradable PVA/starch blends, J Appl. Polym. Sci., 109, 2452–2459,

(2008);

[19] B. Ding, H.-Y. Kim, S.-C. Lee, C.-L. Shao, D.-R Lee, S.-J. Park, G.-B. Kwag, K.-J. Choi,

Preparation and characterization of a nanoscale poly(vinyl alcohol) fiber aggregate

produced by an electrospinning method, J. Polym. Sci.: B: Polym. Phys., 40, 1261–1268,

(2002);

[20] S. J. Lee, S. G. Lee, H. Kim, W. S. Lyoo, Improvement of the water resistance of atactic

poly(vinyl alcohol) nanowebs by a heat treatment, J. Appl. Polym. Sci., 106, 3430–3434,

(2007);

[21] J. Sriupayoa, P. Supaphola, J. Blackwellb, R. Rujiravanita, Preparation and

characterization of a-chitin whisker-reinforced poly(vinyl alcohol) nanocomposite films

with or without heat treatment, Polymer, 46, 5637–5644, (2005);

[22] J. M. Gohil, A. Bhattacharya, P. Ray, Studies on the cross-linking of poly(vinyl alcohol), J.

Polym. Res., 13, 161–169, (2006);

[23] Y. O. Kang, I.-S. Yoon, S. Y. Lee, D.-D. Kim, S. J. Lee, W. H. Park, S. M. Hudson,

Chitosan-coated poly(vinyl alcohol) nanofibers for wound dressings, J. Biomed. Mater.

Res. Part B: Appl. Biomater., 92B, 568–576, (2010);

[24] J. Y. Chun, H. K. Kang, L. Jeong, Y. O. Kang, J.-E. Oh, I.-S. Yeo, S. Y. Jung, W. H. Park,

B.-M. Min, Epidermal cellular response to poly(vinyl alcohol) nanofibers containing

silver nanoparticles, Colloid Surface B, 78, 334–342, (2010);

[25] S. D. Yoo, EKC2008 Proceedings of the EU-Korea Conference on Science and

Technology, Springer Proceedings in Physics, Springer, 124, (2008);

[26] F. Abbasi, H. Mirzadeh, A. A. Katbab, Modification of polysiloxane polymers for

biomedical applications: a review, Polym. Int., 50, 1279 - 1287, (2001);

[27] E. A. El-Hefian, M. M. Nasef, A. H. Yahaya, Preparation and Characterization of

Chitosan/Polyvinyl Alcohol Blends-A Rheological Study, E-Journal of Chemistry, 7, (S1),

S349-S357, (2010);

[28] M. Li, S. Cheng, H. Yan, Preparation of crosslinked chitosan/poly(vinyl alcohol) blend

beads with high mechanical strength, Green Chem., 9, 894–898, (2007);

[29] S. B. Bahrami, S. S. Kordestani, H. Mirzadeh, P. Mansoori, Poly (vinyl alcohol) - Chitosan

Blends: Preparation, Mechanical and Physical Properties, Iranian Polym. J., 12, (2), 139-

146, (2003);

[30] M. A. Witt, G. M. O. Barra, J. R. Bertolino,A. T. N. Pires, Crosslinked chitosan/poly(vinyl

alcohol) blends with proton conductivity characteristic, J. Braz. Chem. Soc., 21, (9),

1692-1698, (2010);

[31] S. M. Pawde, K. Deshmukh, Characterization of Polyvinyl Alcohol/Gelatin Blend Hydrogel

Films for Biomedical Applications, J. Appl. Polym. Sci., 109, 3431–3437, (2008);

[32] R. A. Carvalho, T. M. C. Maria, I. C. F. Moraes, P. V. A. Bergo, E. S. Kamimura, A. M. Q.

B. Habitante, P. J. A. Sobral, Study of some physical properties of biodegradable films

based on blends of gelatin and poly(vinyl alcohol) using a response-surface methodology,

Mat. Sci. Eng. C, 29, 485–491, (2009);

[33] B. Sarti, M. Scandola, Viscoelastic and thermal properties of collagen/poly(vinyl alcohol)

blends, Biomaterials, 16, 785-792, (1995);

[34] N. A. Azahari, N. Othman, H. Ismail, Effect of blend ratio on physical properties and

biodegradability of pva/corn starch composite, Malaysia Polymer International

Conference (MPIC 2009), 506 – 512, (2009);

[35] N. Follaina, C. Jolyb, P. Doleb, C. Bliard, Properties of starch based blends. Part 2.

Influence of poly vinyl alcohol addition and photocrosslinking on starch based materials

mechanical properties, Carbohyd. Polym., 60, 185–192, (2005);

[36] F. Peng, Z. Jiang, C. Hu, Y. Wang, L. Lu, H. Wu, Pervaporation of benzene/cyclohexane

mixtures through poly(vinyl alcohol) membranes with and without β-cyclodextrin,

Desalination, 193, 182–192, (2006);

[37] B. Han, J. Li, C. Chen, C. Xu, S. R. Wickramasinghe, Effects of degree of formaldehyde

acetal treatment and maleic acid crosslinking on solubility and diffusivity of water in PVA

membranes, Chem. Eng. Res. Des., 81, 1385-1392, (2003);

[38] K. C. S. Figueiredo, T. L. M. Alves, C. P. Borges, Poly(vinyl alcohol) films crosslinked by

glutaraldehyde under mild conditions, J. Appl. Polym. Sci., 111, 3074–3080, (2009);

[39] A. M. Araujo, M. T. Neves, W. M. Azevedo, G. G. Oliveira, D. L. Ferreira, R. A. L.

Coelho, E. A. P. Figueiredo, L. B. Carvalho, Polyvinyl alcohol-glutaraldehyde network as

a support for protein immobilization, Biotechnol. Techn., 11, (2), 67–70, (1997);

[40] P. R. Hari, K. Sreenivasan, Preparation of polyvinyl alcohol hydrogel through the selective

complexation of amorphous phase, J. Appl. Polym. Sci., 82, 143–149, (2001);

[41] H. Nishimura, N. Donkai, T. Miyamoto, Preparation and thermal properties of

thermoplastic poly(vinyl alcohol) complexes with boronic, J. Polym. Sci. A1, 36, 3045–

3050, (1998);

[42] W. Yang, X. Gao, B. Wang, Boronic acid compounds as potential pharmaceutical agents,

Med. Res. Rev., 23, (3), 346-368, (2003);

[43] J. O. Kim, Development of clindamycin-loaded wound dressing with polyvinyl alcohol and

sodium alginate, Biol. Pharm. Bull., 31, (12), 2277—2282, (2008);

[44] J. O. Kim, Development of polyvinyl alcohol–sodium alginate gel-matrix-based wound

dressing system containing nitrofurazone, Int. J. Pharma., 359, 79–86, (2008);

[45] T. Ngawhirunpat, P. Opanasopit, T. Rojanarata, P. Akkaramongkolporn, U. Ruktanonchai,

P. Supaphol, Development of meloxicam-loaded electrospun polyvinyl alcohol mats as a

transdermal therapeutic agent, Pharma. Develop. Technol., 14, 70–79, (2009);

[46] P. Taepaiboon, U. Rungsardthong, P. Supaphol1, Drug-loaded electrospun mats of

poly(vinyl alcohol) fibres and their release characteristics of four model drugs,

Nanotechnol., 17, 2317–2329, (2006);

[47] J. Chatterjee, Y. Haik, C. J. Chen, A biocompatible magnetic film: synthesis and

characterization, BioMag. Res. Technol., 2, (2), (2004);

[48] R. Morita, R. Honda, Y. Takahashi, Development of oral controlled release preparations, a

PVA swelling controlled release system (SCRS) I. Design of SCRS and its release

controlling factor, J. Control. Release, 63, 297–304, (2000);

[49] K. Pal, A. K. Banthia, D. K. Majumdar, Preparation of transparent starch based hydrogel

membrane with potential application as wound dressing, Trends Biomater. Artif. Organs,

20, (1), 59 – 67, (2006);

[50] K. H. Hong, G. Sun, Photoactive antimicrobial pva hydrogel prepared by freeze-thawing

process for wound dressing, J. Appl. Polym. Sci., 116, 2418–2424, (2010);

[51] J. Stasko, M. Kalnins, A. Dzene, V. Tupureina, Poly(vinyl alcohol) hydrogels, Proceedings

of the Estonian Academy of Sciences, 58, (1), 63–66, (2009);

[52] S. E. Han, I. S. Hwang, Modeling of the optical anisotropy of a dye polarizer, J. Polym.

Sci.: Part B: Polym. Phys., 40, 1363–1370, (2002);

[53] Dong Hyun Song, Hyun Young Yoo, Jung Jin Lee, Jae Pil Kim, Polarizing films based on

oriented poly(vinyl alcohol)-dichroic dyes, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 445, 65–70, (2006);

[54] E. Beekman, C. Kocher, A. Kokil, S. Zimmermann, C. Weder, UV polarizers based on

oriented poly(vinyl alcohol)–chrysophenine–congo red blend films, J. Appl. Polym. Sci.,

86, 1235–1239, (2002);

[55] C. Borcia, G. Borcia, N. Dumitrascu, Relating plasma surface modification to polymer

characteristics, Appl. Phys. A, 90, 507–515, (2008);

[56] A. Rogojanu, E. Rusu, D. O. Dorohoi, Characterization of structural modifications

induced on poly(vinyl alcohol) surface by atmospheric pressure plasma, Int. J. Polym.

Anal. Charact., 15, 210–221, (2010);

[57] Rogojanu Alina, Dana Ortansa Dorohoi, Helium plasma effects on PVA thin films surface,

prezentată la PhD Students Workshop on Fundamental and Applied Research in Physics,

Iaşi, 24 octombrie 2009;

[58] J. W. Gilman, D. L. VanderHart, T. Kashiwagi, Thermal decomposition Chemistry of

Poly(vinyl alcohol), Fire and Polymers II: Materials and Test for Hazard Prevention,

ACS Symposium Series 599, (1994);

[59] Alina Rogojanu, Elena Rusu, Dana Ortansa Dorohoi, Effects of heat treatment on the

swelling and solubility properties of polyvinyl alcohol films, The Annals Of The

“Dunarea De Jos” University Of Galati, Fascicle II- Mathematics, physics, chemistry,

informatics, YEAR III (XXXII), (2009).

[60] S. B. Bahrami, S. S. Kordestani, H. Mirzadeh, P. Mansoori, Poly (vinyl alcohol) – chitosan

blends: preparation, mechanical and physical properties, Iran. Polym. J., 12, (2), 139-

146, (2003);

[61] S. Qi, C. Zhang – Absorption characteristic and limiting effect of Congo red doped PVA

film, Opt. Mater., 29, 1348–1351, (2007);

[62] I. Zugravescu, M. Petrovanu, N-Ylid Chemistry, Mc.Graw-Hill International Book

Company, 1976;

[63] Alina Rogojanu, Carmen Felicia Dascalu, Beatrice Carmen Zelinschi, Maria Caprosu,

Dana Ortansa Dorohoi, Birefringence and dichroism of poly(vinyl-alcohol) foils

containing phthalazinium ylids, Spectrochim. Acta A, doi:10.1016/j.saa.2011.06.020;

[64] Alina Rogojanu, Magdalena Postolache, Dana Ortansa Dorohoi, Liquid crystalline phase

of polymeric esters of alkoxybenzoic acid in tetrachloromethane, Mater. Plast., 47, (2),

282-285, 2010;

[65] A. Rogojanu, C. F. Dascălu, D. O. Dorohoi, Birefringence dispersion af a liquid crystalline

layer from alkoxy benzoic acid ester in tetrachlormethane determined by spectral

method, Buletinul Institutului Politehnic din Iaşi, Secţia Ştiinţa şi Ingineria Materialelor,

Tomul LVII (LXI), Fasc. 4, 139-144, (2011);

[66] L. C. Wang, X. G. Chen, D.Y. Zhong, Q. C. Xu, Study on

poly(vinyl alcohol)/carboxymethyl-chitosan blend film as local drug delivery system, J.

Mater. Sci. Mater. M., 18, 1125-1133, (2007);

[67] I. Z. Schroeder, P. Franke, U. F. Schaefer, C. M. Lehr, Development and characterization

of film forming polymeric solutions for skin drug delivery, Eur. J. Pharm. Biopharm., 65,

111-121 (2007);

[68] J. Venugopal, S. Ramakrishna, Applications of Polymer Nanofibers in Biomedicine and

Biotechnology, Appl. Biochem. Biotech., 125, 147-157, (2005);

[69] B. Wang, Y. Wang, T. Yin, Applications of electrospinning technique in drug delivery,

Chem. Eng. Comm., 197, 1315-1338, (2010);

[70] A. Rogojanu, E. Rusu, N. Olaru, M. Dobromir, D. O. Dorohoi, Development and

characterization of poly(vinyl alcohol) matrix for drug release, Dig. J. Nanomater.

Bios., 6, (2), 809 – 818, (2011);

LUCRĂRI PUBLICATE ÎN REVISTE ŞTIINŢIFICE COTATE ISI

1. A. Rogojanu, E. Rusu, N. Olaru, M. Dobromir, D. O. Dorohoi, Development and

characterization of Poly(Vinyl Alcohol) matrix for drug release, Digest Journal of

Nanomaterials and Biostructures, 6, (2), 809-818, (2011); -2,079

2. A. Rogojanu, E. Rusu, D. O. Dorohoi, Characterization of structural modifications

induced on Poly(Vinyl Alcohol) surface by atmospheric pressure plasma, International

Journal of Polymer Analysis and Characterization, 15, (4), 210-221, (2010); - 0,814

Citari:

1. V. K. Thakur, A. S. Singha, (2011) Physicochemical and Mechanical Behavior of Cellulosic Pine Needle-Based Biocomposites. International Journal of Polymer Analysis and Characterization 16:6, 390-398.

2. Y. Innami, R. H. L. Kiebooms, T. Koyano, M. Ichinohe, S. Ohkawa, K. Kawabata, M. Kawamatsu, K. Matsuishi, H. Goto, (2011) Synthesis of a low-bandgap polymer bearing side groups containing phenoxy radicals. Journal of Materials Science 46:20, 6556-6562.

3. A. Rogojanu, M. Postolache, D. O. Dorohoi, Liquid crystalline phase of polymeric esters

of alkoxybenzoic acid in tetrachloromethane, Materiale Plastice, 47, (3), 282-285, (2010);

4. A. Rogojanu, C. F. Dascalu, B. C. Zelinschi, M. Caprosu, D. O. Dorohoi, Birefringence

and dichroism of poly (vinyl alcohol) foils containing phthalazinium ylids, Spectrochimica

Acta, doi:10.1016/j.saa.2011.06.020, 2011 – 1,770

Lucrări publicate în reviste ştiinţifice Non-ISI

1. A. Rogojanu, C. F. Dascălu, D. O. Dorohoi, Birefringence dispersion af a liquid

crystalline layer from alkoxy benzoic acid ester in tetrachlormethane determined by

spectral method, Buletinul Institutului Politehnic din Iaşi, Secţia Ştiinţa şi Ingineria

Materialelor, Tomul LVII (LXI), Fasc. 4, 139-144, (2011);

2. Alina Rogojanu, Elena Rusu, Dana Ortansa Dorohoi, Effects of heat treatment on the

swelling and solubility properties of polyvinyl alcohol films, The Annals Of The “Dunarea

De Jos” University Of Galati, Fascicle II- Mathematics, physics, chemistry, informatics,

YEAR III (XXXII), (2009).

LUCRĂRI PREZENTATE LA CONFERINŢE NAŢIONALE ŞI INTERNAŢIONALE

A.Rogojanu, C. F. Dascălu, D. O. Dorohoi, Birefringence dispersion af a liquid crystalline layer from alkoxy benzoic acid ester in tetrachlormethane determined by spectral method, VIII th Internaţional Congress in Materials Science and Engineering (ISSIM), Iaşi, 26-29 mai 2011;

A. Rogojanu, R. Stanculescu, D. Dorohoi, Dichroic polymer foils analysed by spectral means, 30th European Congress on Molecular Spectroscopy (EUCMOS 2010), Florenţa, Italia, 3-6 septembrie 2010;

A. Rogojanu, C. F. Dascalu, B. C. Zelinschi, D. O. Dorohoi , Electronic absorption spectra of some phthalazinium ylids used to characterize the local ordering processes in liquid and solid solutions, 30th European Congress on Molecular Spectroscopy (EUCMOS 2010), Florenţa, Italia, 3-6 septembrie 2010;

Alina Rogojanu, Roxana Stanculescu, Dana Ortansa Dorohoi, Linear dichroism of colored poly(vinyl alcohol) films, IVth International Conference on Molecular Materials (MOLMAT 2010), Montpellier, Franţa, 5-8 iulie 2010;

Ecaterina Angheluta, Alina Rogojanu, Dana Ortansa Dorohoi, Main refractive indices of thin polymer foils determined from channeled spectra, IVth International Conference on Molecular Materials (MOLMAT 2010), Montpellier, Franţa, 5-8 iulie 2010;

Alina Rogojanu, Elena Rusu, Dana Ortansa Dorohoi, Effects of heat treatment on the swelling and solubility properties of polyvinyl alcohol films, 1st International Symposium on Applied Physics – Materials Science, Environment and Health (ISAP1), Galaţi, 28-29 noiembrie 2009;

Rogojanu Alina, Dana Ortansa Dorohoi, Helium plasma effects on PVA thin films surface, PhD Students Workshop on Fundamental and Applied Research in Physics, Iaşi, 24 octombrie 2009;

Magdalena Postolache, Alina Rogojanu, Elena Rusu, Dana-Ortansa Dorohoi, Dichroism of PVA stretched foils as indicator of the order degree in polymer chains, Zilele Academice Ieşene, a XXII-a sesiune de comunicări ştiinţifice a Institutului de Chimie Macromoleculară “Petru Poni”, Progrese în ştiinţa compuşilor organici şi macromoleculari, Iaşi, 8 – 10 octombrie 2009;

Alina Rogojanu, Elena Rusu, Dana Ortansa Dorohoi, Investigation on the optical properties of colored polyhdroxylic compounds, 10th International Balkan Workshop on Applied Physics (IBWAP), Constanţa, Romania, 6-8 Iulie, 2009;

Rogojanu Alina, Filip Dorina Mihaela, Dana-Ortansa Dorohoi, The interaction between iodine and macromolecular structures with hydroxyl groups, a XXXVIII-a Conferinţa Naţională Fizica şi Tehnologiile Educaţionale Moderne (FTEM), Iaşi, 9 Mai 2009.