Secondary abstract: |
Glavni namen doktorske naloge je bil študij uporabe hemiceluloz ksilanov, kot obnovljivih biopolimerov (stranski produkti papirne in prehrambene industrije) za razvoj postopkov in tehnik za izdelavo tankih funkcionalnih slojev na površinah sintetičnih polimerov, kot je npr. polietilentereftalat, ki ga najdemo v najrazličnejših tehničnih in medicinskih aplikacijah. Pri teh aplikacijah so najpogosteje iskani lastnosti sintetičnih površin hidrofilnost in protimikrobnost.
Na področjih, kjer se materiali uporabljajo v stiku s človeškim telesom, je potrebno zadostiti številnim specifičnim zahtevam, od katerih je najpomembnejše fiziološko udobje. Glavni parametri, ki določajo fiziološko udobje so predvsem: prepustnost za vodno paro, hidrofilnost in termična prevodnost. Za medicinske namene je večkrat zelo zaželena odpornost na različne bakterije.
Uporaba sintetičnih polimerov se je v zadnjih desetletjih močno uveljavila predvsem zaradi nizkih cen in dobrih mehanskih lastnosti kot so elastičnost, trdnost, odpornost na drgnjenje [1, 2]. Vendar pa je v glavnem osnovna značilnost teh materialov, da imajo nizko površinsko energijo in visoko inertnost, kar pomeni hidrofobnost in zato slabe fiziološke lastnosti [2, 3].
V smislu preseganja teh težav se najpogosteje poslužujejo različnih površinskih obdelav, ki ob spreminjanju površinskih lastnosti ohranjajo mehanske lastnosti polimera. Za izboljšanje hidrofilnosti poliestrov se zelo pogosto uporablja alkalna hidroliza [1, 4, 5] ali obdelava s plinsko plazmo, ki ji je bilo v zadnjih desetletjih posvečeno veliko pozornosti [6, 7]. Slabost teh obdelav je predvsem ugašanje učinkov s časom (staranje). Poleg navedenih se za površinsko funkcionalizacijo uporabljajo encimatske obdelave, površinska kopolimerizacija ali adsorpcija polimerov in izdelava tankih slojev.
Nadomeščanje izdelkov, ki temeljijo na petrokemičnih virih s tistimi, ki so izdelani iz obnovljivih materialov je eden od najpomembnejših inovacijskih in raziskovalnih ciljev zadnjih desetletij. Takšni obnovljivi materiali vključujejo filme, embalažo in celo vrsto drugih materialov, izdelanih iz biopolimerov [8, 9]. Ekonomski potenciali biopolimerov so ogromni, saj je to najpomembnejše področje za razvoj in doseganje vseh komponent obnovljive industrije. Realizacija je v tem trenutku še relativno slaba, saj trenutno le manj kot 1 % vse proizvodnje polimerov temelji na biopolimerih, vendar pa ti, okoljsko neškodljivi polimeri kažejo potencialno visoko rast. Zadnje študije kažejo, da bo globalno povpraševanje po obnovljivih polimerih naraščalo, in sicer od 180 Mio Ton v letu 2007 na 258 Mio Ton v letu 2010, do leta 2020 pa bi naj biopolimeri nadomestili 5 % celotnega povpraševanja po petrokemičnih polimerih. Pomembna pomanjkljivost naštetih obnovljivih polimerov je, da vsi temeljijo na surovinah, katerih pridobivanje zahteva uporabo kmetijskih zemljišč, ki bi lahko sicer bila uporabljena za pridelavo hrane. To dejstvo predstavlja enega glavnih motivov za poglobljene raziskave drugih potencialnih virov, predvsem stranskih produktov industrijskih procesov. Med takšnimi je vsekakor proizvodnja celuloze in papirja kot vir hemiceluloz in lignina.
Hemiceluloze so polisaharidi, ki so v rastlinah tesno povezani s celulozo in predstavljajo tretjo največjo skupino biomaterialov. Hemiceluloze so izjemno heterogena skupina snovi, med katerimi so najpomembnejši ksilani, arabinoksilani, manani, galaktoglukomanani, glukomanani, arabinogalaktan II, ß-1,3-glukan in ß-1,3-ß-1,4-glukani [10, 11]. Hemiceluloze se nahajajo v glavnem v sekundarnih celičnih stenah in skupaj s celulozo in ligninom oblikujejo rastline na način, ki omogoča optimalno mehansko oporo in transport vode in hranilnih snovi. Ksilani predstavljajo 10 do 35 % vseh hemiceluloz, prisotnih v trdem lesu, medtem ko galaktoglukomanani predstavljajo okrog 15 do 20 % hemiceluloz mehkega lesa [12]. |