Publication: Characterisation and processing of PLA/PEG/Curcumin microfiber drawn via melt spinning method
dc.contributor.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | en_US |
dc.contributor.author | Nur Atiqah Mohd Akhir | en_US |
dc.contributor.supervisor | Sharifah Imihezri Syed Shaharuddin, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Yose Fachmi Buys, Ph.D | en_US |
dc.date.accessioned | 2024-10-08T03:18:51Z | |
dc.date.available | 2024-10-08T03:18:51Z | |
dc.date.issued | 2022 | |
dc.description.abstract | Poly (lactic acid) (PLA) has been recognized as an excellent candidate to be used as bioplastic and biomaterial due to its biodegradability and biocompatibility with excellent tensile strength. However, PLA has inherent brittleness and has low percentage of elongation at break that may limit its suitability to be used for specific geometrical shape such as fibers for biomedical application. The addition of plasticizer to improve brittleness also results with decrease in strength. Hence, particulates are often added as reinforcement filler. The main objective of this research is to characterize the properties of various PLA/PEG and PLA/PEG/cur blends and investigate the resultant properties of the melt spun microfiber. This research has two main stages. The first stage involved in investigating the effect of polyethylene glycol (PEG) additions into PLA with increments of 5 wt. % up to 30 wt. % to improve the brittleness of PLA. These compositions were then prepared via two blending methods i.e. solvent cast and melt blend. These PLA/PEG blends were structurally and thermally characterized using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimeter (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). Results from the studies showed that as the incorporation of PEG (wt. %) into PLA increases, the IR spectra for O-H band stretching became broader and sharper proposing that hydrogen bonding interaction between the network chains of PEG and PLA. DSC thermograms showed that the incorporations of PEG (wt.%) into PLA blends led to significant decrease in the glass transition temperature (Tg) and the crystallization temperature (Tc). TGA thermograms indicated that the initial degradation temperature for all the PLA/PEG composition shifted systematically to lower temperature with further additions of PEG (wt.%). All PLA/PEG blends were then successfully drawn via an in-house built fiber drawing tower with diameter ranging from 15µm to 112µm. These fibers were further characterized using optical microscope (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The images obtained showed that the surface of the PLA/PEG microfibers were bead-free and had uniformly circular cross-sections. The surface of the fiber transitioned from smooth to slightly rough with increasing PEG content (wt.%) regardless of the blending method postulated due to thermally induced phase separation of PLA and PEG. It was noted that PLA/PEG microfiber prepared via melt blending were more brittle and fractured easily. Thus, only fibers obtained from solvent cast PLA/PEG blends were further tested for single fiber tensile test (SFTT). The SFTT results revealed that adding PEG up to 25 wt.% resulted with microfibers having fair strength, modulus, and elongation properties, thus was selected to be added with curcumin particulates. In the second stage of the study, PLA/PEG/cur blends were thermally and structurally characterized using DSC, TGA, and FTIR. The incorporation of curcumin into the PLA/PEG blends resulted with noticeable shift in peaks for O-H stretching vibration. Thermal studies showed that the incorporation of curcumin (wt. %) into PLA/PEG blends did not affect the Tg and the final degradation temperature. SFTT for PLA/PEG/curcumin microfibers further curcumin loadings beyond 1wt.% had resulted with decreasing strength, Young’s modulus and elongation (%) possibly due to particulate agglomeration and inhomogeneous dispersion in the polymer matrix. PLA/PEG/cur microfibers were successfully drawn using an in-house-built fiber drawing tower with average diameters of 31μm to 36μm. The OM images showed bead-free and, uniformly circular in cross section microfibers. | en_US |
dc.description.abstractarabic | يعد بولي-حمض اللاكتيك (PLA) عنصرًا متميزًا حيث يمكن استخدامه بوصفه بلاستيكًا ومواد حيوية نظرًا لقابليته للتحلل البيولوجي والتوافق الحيوي مع قوته الممتازة الشدية. وعلى الرغم من ذلك، فإن PLA لها هشاشة طبيعية وله نسبة منخفضة من الاستطالة عند الكسر مما قد يحد من ملاءمته للاستعمال في شكل هندسي محدد، من مثل: الألواح الرقيقة والألياف للتطبيق الطبي الأحيائي. وتسبّب إضافة الملدّنات لتحسين سرعة الانكسار في انخفاض القوة، وغالبًا ما تضاف فيه الجسيمات بصفتها أداة من أدوات الحشو والتعزيز. ويهدف هذا البحث خاصة إلى توصيف خصائص امتزاج PLA / PEG و PLA / PEG / cur ودراسة الخصائص الناتجة من الألياف الدقيقة الذائبة. وقد أجري هذا البحث بمرحلتين رئيستين. ففي المرحلة الأولى، يحاول هذا البحث الكشف عن تأثير إضافة الجلايكول متعدد الإثلين (PEG) في PLA بزيادات قدرها 5% بالوزن إلى أن تصل30% بالوزن لتحسين هشاشة PLA. وتجهّز هذه التركيبات لاحقًا من خلال طريقتين للامتزاج، أولًا: صب المحلول في صبغة خاصة حتى يتبخر (Solvent cast)، وثانيًا: تسخين تركيبات PLA/PEG في خلاطة خاصة حتى تذوب (Melt blend). فهذه الخلطات التي تتكون منها PLA/PEG كانت تُصنَّف هيكليًا وحراريًا باستخدام مطياف فورييه المتحولة بالأشعة تحت الحمراء (FTIR)، ومسعر المسح التفاضلي (DSC)، والتحليل الحراري الوزني (TGA). وتوصلت الدراسة إلى أنه كلما يزداد دمجPEG مع PLA، أصبحت أطياف الأشعة تحت الحمراء لتمدد نطاقO-H أكثر سعة وحدة، وبالتالي، يشير إلى تفاعل ارتباط الهيدروجين بين سلاسل الشبكة لــ PEG وPLA. وأظهرت عمليات تصوير DSC الحرارية أن إدماجPEG (بالوزن%) في خلائطPLA أدى إلى انخفاض كبير في درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg) ودرجة حرارة التبلور (Tc). وقد دلت مخططات TGA الحرارية على أن درجة الحرارة للانخفاض المبدئي لكل تركيبات PLA/PEG تحوّلت بانتظام إلى درجة حرارة أقل انخفاضًا مع زيادات أخرى لــ PEG (بالوزن%). وقد تم إعداد وإنشاء جميع خلائط PLA/PEG بنجاح عبر البرج الذي يُبنى خاصة لإنتاج الألياف بقطر يتراوح من 15 مايكروميتر إلى 112 مايكروميتر لتركيبات PLA/PEG المسخنة المختلطة. وتُصنّف هذه الألياف لاحقًا باستعمال المجهر الضوئي (OM) ومجهرية المسح الإلكتروني (SEM). وأشارت الصور التي حصلت عليها الدراسة الحالية إلى أن الألياف الصغرية لــ PLA/PEG كانت واضحة وخالية من أية خرزة ولها مقاطع عرضية بنمط موحد. وينتقل سطح الألياف من أملس إلى أخشن بنسبة طفيفة مع زيادة مضمون PEG (بالوزن%) بصرف النظر عن طريقة الامتزاج بسبب انفصال المرحلة المستحث حراريًا لــ PLA/PEG. والجدير بالذكر أن الألياف التي تم الحصول عليها من تركيبات PLA/PEG المسخنة المختلطة أو Melt blend أكثر تشتتًا وتكسرًا بسهولة. ولذلك، لقد تم فقط اختبار الألياف المستمدة من خلائط PLA/PEG المصبوبة المتبخرة Solvent castمستعينًا باختبار الشد لألياف فردية أو ما يسمى بــ (SFTT). وأكدت نتائج لاختبار SFTT على أن إضافة PEG بقدر يصل إلى 25% بالوزن أدت إلى أن تصبح الألياف الصغرية عناصر ذات قوة معتدلة، وتصبح مُعاملًا وخاصية من خصائص الاستطالة، وبالتالي، تم إضافتها مع جسيمات الكركمين cur. وفي المرحلة الثانية من الدراسة، تم تمييز خلطات PLA/PEG/cur حراريًا وتركيبيًا من خلال هذه الأدوات الثلاث المذكورة سابقًا: DSC، وTGA، وFTIR. ويؤدي امتزاج الكركمين في خلائط PLA/PEG إلى حدوث تحوُّل ملحوظ في نسبته العالية لاهتزاز التمدد O-H. وأشارت مخططات DSC الحرارية إلى أن عملية إدماج الكركمين (بالوزن%) مع خلائط PLA/PEG/cur ليس لها تأثير على Tg ودرجة الحرارة للتحلل النهائية. كما كشف اختبار SFTT للألياف الصغرية PLA/PEG/cur عن أن إضافة الكركمين أكثر من 1% بالوزن قد سبب في انخفاض القوة، وكذا انخفاض المعامل والاستطالة عند يونغ (Young)؛ ويعود ذلك إلى تكتُّل الجسيمات والتشتُّت غير المتجانس في مصفوفة البوليمر. وقد أُنتجت الألياف الصغرية PLA/PEG/cur بنجاح مستعينة ببرج يُصمَّم خاصة لإنتاج الألياف بأقطار متوسطة تتراوح ما بين 31 مايكروميتر إلى 36 مايكروميتر. وأشارت الصور التي تم الحصول عليها بالمجهر الضوئي OM إلى خلو العينات من الخرز وأن شكلها دائري بنمط موحد في المقاطع العرضية للألياف الصغرية. | en_US |
dc.description.callnumber | t QD 381 N974C 2022 | en_US |
dc.description.identifier | Thesis : Characterisation and processing of PLA/PEG/Curcumin microfiber drawn via melt spinning method / by Nur Atiqah bt Mohd Akhir | en_US |
dc.description.identity | t11100457643NurAtiqahBtMohdAkhir | en_US |
dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering | en_US |
dc.description.nationality | Malaysian | en_US |
dc.description.notes | Thesis (MSMAT)--International Islamic University Malaysia, 2022. | en_US |
dc.description.physicaldescription | xx, 118 leaves : illustrations ; 30cm. | en_US |
dc.description.programme | Master of Science (Materials Engineering) | en_US |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/7163 | |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2022 | en_US |
dc.subject.lcsh | Polymers | en_US |
dc.subject.lcsh | Polymerization | en_US |
dc.title | Characterisation and processing of PLA/PEG/Curcumin microfiber drawn via melt spinning method | en_US |
dc.type | Master Thesis | en_US |
dspace.entity.type | Publication |
Files
Original bundle
License bundle
1 - 1 of 1