2.10 Методика расчета диаметра и разброса волокон по толщине

Семейство программ ImageScope Color были созданы для ввода в компьютер цветных и черно-белых растровых изображений, формируемых в оптическом или электронном микроскопе, их сохранения и дальнейшей переработки. ImageScope Color имеет свидетельство об аттестации программного обеспечения на соответствие метрологическим требованиям, выданное Комитетом Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации. В зависимости от функциональных и требуемых возможностей существует несколько версий программы ImageScope Color: ImageScope Lite, ImageScope S и ImageScope M. ImageScope Lite предназначена для регистрации изображений с помощью различной аппаратуры, базовой обработки изображений, их хранения и последующей печати. ImageScope S предназначена для улучшения качества изображений, калибровки размеров и ручных измерений по изображениям, статистической обработки и экспорта результатов измерений. ImageScope M предназначена для автоматических и ручных измерений по изображениям; вычисления для объектов интереса более 40 разнообразных признаков, описывающих размер, площадь, форму объектов; накопления, статистической обработки и экспорта результатов измерений.

Исследования проводились с помощью компьютерной программы ImageScope серии S. Методика работы заключается в ручном просчете длин волокон и последующим построением гистограммы.

При включении программы на верхней панели задач необходимо через функцию «файл -> открыть» выбрать необходимую фотографию. Далее, нажать на иконку «ручные измерения», в открывшемся окне выбрать линейку и кликать по волокнам. После того, как вручную будут просчитаны все волокна, необходимо нажать на кнопку с изображением графика. Выйдет окно с гистограммой, где можно выбрать необходимый тип гистограммы (обычная, с накоплением, доля %, доля % с накоплением). Далее необходимо нажать «копировать», и скопированный график сохранить в программе MSWord или MSExcel.

3 Экспериментальный раздел

3.1 Переработка раствора полигидроксибутирата и поликапролактона в пленки

Чтобы оценить способность ПГБ и смесей на его основе к переработке в пленки, а также влияния состава смешанного раствора ПГБ и ПКЛ на его динамическую вязкость были изучены реологические свойства 3%-ных растворов, а также температурная зависимость динамической вязкости систем разного состава (рисунки 3.1-3.3, таблица 3.1).

1 – ПГБ; 2 – ПГБ-ПКЛ 75:25; 3 - ПГБ-ПКЛ 50:50; 4 - ПГБ-ПКЛ 25:75

Рисунок 3.1 Реологические кривые 3% растворов ПГБ (980 кДа) и ПКЛ разного состава в хлороформе

Рисунок 3.2 Зависимость начальной вязкости от состава 3%-ных смешанных

растворов ПГБ (980 кДа) и ПКЛ

Введение в состав полимерной смеси ПКЛ с ММ 50 кДа, вязкость 3%-ного раствора которого не удалось измерить на реовискозиметре из-за ее низких значений, снижает вязкость смешанного раствора, причем lgη₀ изменяется пропорционально составу смеси (рисунок 3.9), что указывает на аддитивность свойств и подтверждает полученные ранее расчетные данные о совместимости ПГБ и ПКЛ.

Таблица 3.1 Реологические свойства 3%-ных растворов ПГБ (980 кДа) и его смеси с ПКЛ в хлороформе

№ п/п	Соотношение полимеров, %		растворитель	Начальная вязкость η0, Па∙с	Степень структури-рования, n*	Энергия активации вязкого течения Еа, кДж/моль
	ПГБ	ПКЛ
1	100	-	хлороформ	9,02	0,47	26,7
2	75	25	хлороформ	2,74	0,29	-
3	50	50	хлороформ	0,95	0,24	16,7
4	25	75	хлороформ	0,19	0,09	-

*степень структурирования при градиенте скорости равном 16 с^-1

Вязкость раствора смеси ПГБ и ПКЛ в хлороформе имеет менее выраженную зависимость от температуры, чем раствор ПГБ (рисунок 3.10): энергия активации вязкого течения 3%-ного смешанного раствора ПГБ-ПКЛ (50:50) в хлороформе Еа = 16,7 кДж/моль, а раствора ПГБ Еа = 26,7 кДж/моль.

Растворы ПГБ (980 кДа) с концентрацией 3%, а также смешанные растворы на его основе имеют достаточно высокую вязкость, а, следовательно, могут быть использованы для формования пленок не только методом полива, но и через щелевую фильеру. Кроме того, на их основе можно получать стабильные эмульсии типа вода-масло, содержащие водорастворимые биологически активные соединения.

Ранее было показано, что из смеси ПКЛ и ПГБ может быть получены пористые пленки, которые представляет интерес для использования при эндопротезировании и лечении ран [63] Такая морфология не является характерной для материалов из смеси термодинамически несовместимых полимеров, которые обнаруживают строение фаза – матрица. Из 3%-го смешанного раствора ПГБ и ПКЛ в хлороформе путем формования методом полива на стекле с последующим испарения растворителя был получен материал с развитой пористой структурой. На рисунке 3.3 приведены микрофотографии поверхностей пленок из ПГБ и его смесей с ПКЛ разного состава.

Рисунок 3.3 - Микрофотографии поверхности пленок из ПГБ (А) и его смесей с ПКЛ состава ПГБ-ПКЛ 75:25 (Б), 50:50 (В) и 25:75 (Г)

Как видно из рисунка 3.3, поверхность пленок из ПГБ неоднородна, визуализируются структурные элементы, характерные для кристаллических полимеров, однако выраженной пористости при изученном увеличении не наблюдается. Отсутствие пористости наглядно видно на микрофоторафиии скола пленки из ПГБ (рисунок 3.3 А). Пленки из смесей ПГБ-ПКЛ имеют систему пор, количество и размер которых зависит от состава смеси.

Рисунок 3.4 – Микрофотографии сколов пленок из ПГБ (а) и эквимассовой смеси ПГБ-ПКЛ (б), сформованных из 2%-ных растворов

Важно отметить, что особенностью структуры смесевых пленок является наличие более крупных (до 25 мкм) и открытых пор на поверхности, обращенной к подложке, и менее крупных (до 5 мкм) – на верхней, обращенной к воздуху (рисунок 3.4 Б). Это характерно для сухого способа формования и быстрой скорости испарения растворителя с поверхностных слоев.

Можно предположить, что наблюдаемая структура пленки обусловлена сильными различиями концентраций, при которых происходит кристаллизация из раствора ПГБ и ПКЛ. В процессе испарения растворителя кристаллизация ПГБ завершается гораздо раньше, чем при ПКЛ, который остается в системе в виде разбавленного раствора, инклюдированного в фазе закристаллизованного ПГБ (рисунок 3.4 Б). В ходе дальнейшего испарения растворителя ПКЛ выделяется на стенках образующихся пор.

В результате релаксационных процессов обычно происходит контракция пор, формирующиеся в полимерном материале в ходе фазового разделения. При испарении хлороформа из общего раствора исследуемых полимеров не происходит контракции пор ввиду исключительной жесткости ПГБ, формирующего непрерывную фазу материала. Значение модуля Юнга ПГБ (1200 МПа) в 6 раз превышает соответствующее значение для ПКЛ: значения модуля Юнга (Е) пленок из ПКЛ и ПГБ (50:50) составляют 200 и 220 МПа соответственно (для пленок из ПГБ Е=1200МПа).

Введение второго полимера существенно влияет на физико-механические свойства полимерной пленки. Если полимеры совместимы или образуют взаимопроникающие сетки, можно ожидать аддитивности свойств композиционных материалов на их основе. Если смеси полимеров образуют гетерогенные структуры, то прочность пленок на их основе будет определяться полимером, образующим непрерывную фазу. Как видно из полученных данных (таблица 3.2), прочность пленок из ПГБ оказалась наиболее высокой, при этом при разрыве образец практически не деформировался ε = 0,4%.

Таблица 3.2 - Физико-механические свойства пленок из ПГБ и ПКЛ

п/п	Состав пленки, %		Толщина, мкм	Разрывная нагрузка F, Н	Прочность Р, МПа	Относительное разрывное удлинение ε,%
	ПГБ	ПКЛ
1	100	-	52,6	9,9	37,6	0,4
2	75	25	46,8	4,1	17,5	3,6
3	50	50	129	7,3	11,4	7,9
4	25	75	88	2,4	5,4	40,7
5	-	100	107	9,24	17,3	700

Уменьшение прочности композиционных пленок происходит не аддитивно и, в соответствии с высказанными ранее представлениями, определяется характером возникающей морфологической структуры. Некоторый рост относительного удлинения объясняется увеличением содержания ПКЛ в фазе, формирующей дисперсионную среду, в процессе кристаллизации из раствора или выделения ПКЛ на поверхности пор при испарении хлороформа уже после разделения фаз. Пленки состава ПГБ-ПКЛ 25:75 в качестве дисперсионной среды содержат, вероятнее, ПКЛ – об этом свидетельствует высокое, по сравнению с пленками других составов, относительное разрывное удлинение, характерное для ПКЛ (таблица 3.2). Как видно из данных таблицы 3.3, прочность этой композиционной пленки ниже прочности пленок из чистых полимеров и ниже прочности пленок других составов. Это может быть связано только с наличием частиц изолированной фазы из жесткого ПГБ, включенных в структуру пленки (рисунок 3.4 Б). Эти частицы служат концентраторами напряжений и вызывают резкое снижение прочности.

Таким образом, по результатам изучения физико-механических свойств пленок можно судить о составе непрерывной и дисперсной фаз композиционных пленок разного состава.