Structure and properties of poly(vinyl alcohol)/κ-carrageenan blends
-
Upload
toshihisa-tanaka -
Category
Documents
-
view
213 -
download
0
Transcript of Structure and properties of poly(vinyl alcohol)/κ-carrageenan blends
������ ���������� ����� �� /,?!!1",!!1= �/11!�$@(? !1�!11/6���.-/
Structure and properties of poly(vinyl alcohol)/�-carrageenan blendsToshihisa Tanaka, Tong Lu, Shingo Yuasa and Kazuo Yamaura�Faculty of Textile Science and Technology, Shinshu University, Tokida 3-15-1, Ueda City, Nagano Prefecture 386-8567, Japan
(Rec
� CoPrefeCont
� /
��������� �� � �� � ��������� ������� �������� ������ ������� ����� ���� ���� ������� �� ��
����������� ���� ������� �� ������ ��� ������� �������� �� ���� ������ �� !�� ������� ��
������� ���� ����������� "� ��� #$% ������ �� ��� ��� !��& ��� �� �������� ���'� ������ �� ����
����������� ���� �� �������� �� ��� ������� �� ������������� (�� )����*� �� ��� �� ��� ��������
�� ����' �������� ���� �� �������� �� ��� ������� �� ����� �� ��� ���� ��� ����������� �� ��� ���
�������� ������� & ��� ������� ������ �������� ��� �� ���� ������� �� ����������� "� ���
��������� ������� �� ��� !��& ����� �� ������������� ���� �������
� +,,- $������ �� %������ "� �����
.����� �� ���������� ������ ��������� ����� ��������� ������� ����� ����� ���� ������� ���������������� ������ ����������
Figure 1. Repeating disaccharide unit of �-carrageenan.
INTRODUCTION��������� �� ���� �������� ������� ��������
���� �� ���� ���� ����� �� ��������� ����������
��� �� �� ���������� �� ��������� �� ���
������ ������ �� ����� �������� ������ ���� ���
����������� ��� �� ��� ������ ������ �� ��� �����
������ ���������� �� ����� ������� ����
� ����� ���� ������ �� ��� ��� �� �� �������
�� ��������� �������� ����� �� !�"����#�� ��$��������%������� �� !�%����#�� "�&����������$������� ���� '�� !�� (� �� � ��������� ���� �� ��� ����
�������� � ������� ����� ) ���������������� ������
��� �� ������ ���� ��� *����� �������� �� ������ ��
�� �������� ��������� �� ��� #��� �� �#�� ����
���� ������� ��� ����������� ��� �+ �� ��� ���
���������!,- ��� �������� �� ������ ���� ������
������ ���� ���� ��� �� ���� ����→���� →�����&
+������� ����� �� ��� �������� �������� �� ���
������� ��������� ��� � � ���������� �� ���
��������� �������� ������� ������� ������ ��
������ ����� ��������� ��� ��� ��� ����
�����������.,!! )� �������� ��� ������� ������
�� ������ �������� �� ���������� ������������� ������� ��� ���� ����������� ����� �������
��������� ��������!/�!" (� ����� ���������� ����
������ �� ��������� �� ��������� ���
��������� #��0 ���� �� ����� ���
���!%,/1 �� ���������
2������� ����� �� ����������� ������� ���
������ ��� �������� ��� �� ������������ ���
����� 3� ��� ������� ��� ���������� ������
���45)�6���# ������ �� ��45)6������ �������/!,/" ��
���� 45) �� ���� � ��� ��� ������ �� ����� ��
eived 20 November 2000; revised version received 19 December 200
rrespondence to: Kazuo Yamaura, Faculty of Textile Science and Tcture 386-8567, Japan
ract/grant sponsor: Ministry of Education, Science, Sports and Culture
11! <����� �� ������ (�������� ����� �� 1:-:,=!1"6/11!6>"
������� �������� �������� +������� ���� �����
���� ������ �� ��� ��� ����� �������� 3� � ������
�������� ��� ����������� ����� ����� �����
������� ������ �� �������� ����� �� ���������
��� ��������� (� ���� ����� ��� ��45)6��������������� �� ���� ����� ����������� ��� ��� ��������
�� ����� ��� ������� ���������� �� ��� ��45)6����������6���� ������ �� ��� ������������
EXPERIMENTALSamples���������� �������� 45) ���45)� 75%+8� 7���
��# ������ �� 9��� ������� ���� ����� ���� ��
����� ��� �������������� ������� ������ �� ���
������ �� ���������� �� ��� 45) ���� &:111�
����! �� ::�"���;� ������������ ���������������� ���� 3#� 4��� ������ (���������� 9��
�� ���� ������� ������� ���������� ��� ��������
���� �� ������ �������� �� ������� �� ���
��������� ������� ) "; ��������� �������� ��
����� ������� � ��� � ���� ����� ��������
)�������� (2�!/1 ��� � ���� ����� �� ���������� �� �������� �� ��� ������ ��� �� �����
������ ����� ���� ��� �������� �������� �� ������
0; accepted 17 May 2001�
echnology, Shinshu University, Tokida 3-15-1, Ueda City, Nagano
of Japan; contract/grant number: 10CE2003
1�11 !!1"
� ������ �� �
����� ����� ��� *����� �������� �� 1�!8 A�� �
/-°�� ��� �������������� ������� ������ ��
������� �� �������� ���� ��� �������� ��������
� �� �*� �!�?/%
��� � "�!� !1�- � 1�:-��"��!� �!��������� �� ������ �� ���� �� *
A"���A@/�& �� !8 +A@" ���� ����� ���
������ �� B� �� �������� ���� ��� ������ �� ���
���������� ��� -118+� !+ A82 ����� �� ��������� ���$�������������� ���� �� ������
"�&����������$�������������� ����� �� �#�� �
=1°� �� $/@� ��� ���� �� �� �� ��������� ��
�������� ���� ��� !+ A82 ����� ������ �� �����?-�1: �� -�"1 ��� "�&����������������������������/-�/& �'�� /�� ��� �������������� �������
������ �� ��� ������� �� ����� B� �� ���������� ���� -=111� !�:.� -�1 �� =:�&� ������������
$�������� ���� �� ���� � �������� C��� *�����
��45) �� ��������� ��������� ���� �� �� �
������ ������ C���� ���� ���� ������� �� �����
��� �� �� *����� ��������� � -1°�� ��� ������
��������� ��� ��� ����� ���� ���� ����� ��� ���
!-��� � !-1°� �� ��� "1� � /!1°�� ������������
Measurements������ ������ ��� ����� ���� ���� ����� ���
����� 8)� <���� $<��"/11 ����������� ������
���������� $<�� � ������ ��� �� /1°� ����!
������� "1°� �� /-1°�� (������ �(2� ����� ���
��� ����� ���� ���� ������� �� D)<�@ '��(2
.111 '������ �������� ������� �����������������
$����� �� ��������� �� ��� ���� � /11°� �����
����������� ������ ������ ��� �� ���� �� !1��
������ �� /�� ����� ���� ���� � ��� �� 1�-,
!�1�� ��!� E����F� ������� �� �������� � ���# ��
�� ��� ���� ������� ���� A8C ��8�-1D
������� ������ ���� ������ �� ��� � !1�� �� ���
������� ����� �� !1�� ����!� G��� ���������
����������� ���� ��������� ���� <������
G$�&!1 ���� ������������ ����� ��B� ��������
��� ������� �������� �� ��� ��������� ���� ��������
Figure 2. 1H NMR spectra of �-carrageenan in D2O at 80°C.
!!1%
���� ��� ������ ������ �� ��45)� ������� ��
����� ��� ��������� � ������ ����������� �!� "
�� -��;� ���� ���� � ��������� ����������� �1� "1�
-1 �� .1°�� ��� /%�� 3� ������� ���� ��� ��
�������� ��� ������ �� ����������� ������� ��
�������� ���,��� ��������� ������ ��������������
�� ���� � �������� ���� ��� ������� � ����������
��� �������� ������ ��� ��� ����� ��������� ����
������� ���������� �� "��; ���� ��������� �����
� )��� )��� ����������� ���� ������ �����
����� ������ �88�.1!� � /"°��
RESULTS AND DISCUSSIONC���� ���� ������� �� ����� ���� ���������� (�
��� $<� ����� �� ��� ����� ���� ������� �� ������
� -1°� �'�� "�� � ������� ��#� �� ���� �� ����
��������� ��� �� ���������� ��#� ������
�� ��� ����� �� ��45) ���� ����� //1°�� )� ���
������ �� ������� �������� ��� ����������
��#� ��� ������� �� ����� ����������� ���� �� ���
���������� �� ������� ����������� ��� � �� ���
������� �� �� ��� �� ��� ���������� ���� ��45) �� ���������� '����� % ����� ��� ����������� �������
Figure 3. DSC curves of a-PVA/�-carrageenan blend films at a heatingrate of 20°C min�1.
����� �� /,�!!1",!!1= �/11!�
Figure 4. Relationship between the coloured temperature and the contentof a-PVA at various heating rates.
���������� �������������������� �����
��������� ����������� �� ��� ������ �� 45) ���
��� ��������� ������ ����� (� $<� ����������
������� ���? /1°� ����!�� ��� � ������� ��
���������� ��#� ���� ������� � ��� ���������
���������� �� ��������� ���� �� ������� ����
������� �� 45) ��45)8 �� ������������ (� ��� ����
������ �������� ������� ���? ���� 1�&°� ����!��
��� ���������� �� ��� ����� ���� � ���� �����
����� ������� ����� �� ��# �� ������� � ���
�C� )� ���� ������ �� �������� �C �� ������ ��
��� /!-°�� '����� - ����� ��� ����������� �������
��� ��� �� ������ ���� �� ��� ������ �� 45) ���
$<� ����������� 3��� ���� ������ �� 45) ���
��� �� ������ �� ������ ��� ��� �� ���� 45)� ���
��������� �� ��� ��� ��� 45) �� ��������� �� ��
��� �� ��� ������� �� ��� ������� ������ ������
Figure 5. Relationship between heat of fusion and the content of a-PVA.
����� �� /,�!!1",!!1= �/11!�
����������� ������ �� 45) ��� ����� ����������
��� ���������� ������ �� ��� ��������� �� 45)
������� ���� � ������ �� ��� ������ �� 45) ��
����� ����� )�� ��� ���� �� ������� �����������
�� ����� ���� ��� $<� ���������� ������� �� ���
������ �� 45)� ���������� ��� ������ ����� �� ������
���� ��� ���������� �� ������� ���������� ��� $<�
������������ +������� �� �� ������� �� �������
���� ��� ������ �� ������ ������ ������� ����� �� ��
������������ ��������� ������� 45) �� ���
������ �� ����
(� ��� (2 ����� �� ��� ����� ��45)6�������������� ��������� ���� ��������� �� "�&��������
�������%������� �� ��������� ������ �
=%.��!�/.�/= +������� �� ��������� ���� ��� ���
����������� ���� ������ �'�� &�� ��� ������
��������� ��� �� ����� �� ��� (2 ����� � ��� ���
��� ��������� ��� �� 45) � !!%-��!�
��� ������� �� ������� ����� �� ��� ����� ���� ��
����� �� '�� .� ��� ������ �� ��� ����� �� �������
��� E����F� ������� �� ��� �������� � ���#
������� ������ ���� � ������ �� ��� ������ ��
45)� ��� ��������� � /11°� �� � ����� ��� ���
����� ���� �'�� =�� ���������� ���� ���� �������
�� ��� ��������� �� ����������� �� ��� �����
Figure 6. IR spectra of a-PVA/�-carrageenan blend films.
!!1-
Figure 7. Relationship between (a) Young’s modulus and (b) strength atbreak and the content of a-PVA obtained from the results of testing tensile.
Figure 8. Relationship between the draw ratio at 200°C and the content ofa-PVA.
Figure 9. X-ray diffraction patterns of a-PVA/�-carrageenan blend films. a-PVA/�-carrageenan: (a) 0/100, (b) 20/80, (c) 40/60, (d) 60/40, (e) 80/20 and (f) 100/0.
!!1& ����� �� /,�!!1",!!1= �/11!�
� ������ �� �
Table 1. Changes of the spacingsbetween crystal diffracting planes in theblend films (A)
��� ���
� � ���� ���� ��� ��� ����
�� � ���� ���� ��� � ����
� ���� ���� � �� � �
� ���� ���� � � � �
�� ���� � � � � �
��� ���� � � � � �
���������� �������������������� �����
����� C���� ��������� ����� ����� ���������
���� ���� ��������� ��� �������� ���� �� ������� ��
�����
'����� : ����� G��� ��������� ���������� �� ���
����� ����� ��� ����� �� ������ ������� �����
��������� ����� �� ��� ����� ���� �� ��������� ��
���� !� ��� ��������� ������� �� ������ �� ���
%16&1� ������ �� ��������� ������ ��� ������
��������� �� �� ����� �� ��� ��������� �������� (�
��45)6���������H%16&1 ��� ��������� ������
�� ����� �� %�%=)I � +������� ��� ����� ����� ���
45) �� ������� ���� ��� ����� �� ��� �����
�����
'����� !1 ����� ��� ������ ���� ����� �
������ ����������� ��� � ��45)6���������6+/@ ������� )� ��� ������� ���������� ��������
��� ������� ������ ������� ���� ����� ������ ��
�������� C���� ���� ������� �� ������ ����
���������� '����� !! ����� ��� ����������� �������
��� �������� ������ �� ����� ��������� �� ��� ���
���� �� 45)� ��� �������� ���� �� 45) ��/1����
$Figure 10. Ternary phase diagram for an a-PVA/�-carrageenan/H2Osystem.
����� �� /,�!!1",!!1= �/11!�
!�-/,!�-- � ����� �� 2������� /:� ��� ��������
���� �� ��������� �� !�%% �� ��� �� ��45)�� !�-: �� ��� ������ � �������� �'�� !!�� ���
�������� ������ �� ����� ��������� �� ��������
45) �� ������� ��� ��� @+ ������ �� ��
�� ������� ��� �� @+ ����� �� ������ ������
��������� ������� 45) �� �������� @� ���
���� �� ��� G��� ��������� �� (2 ������ ���
��������� ������� ���� ��� ������� ���� �� ������
+������� ��� �������� ������� �� 45) �� ����� ��
������� �� ��������� �� �� ������� �� ��
������ ���� �� ����� �� ��� ���� �� ��� �������
�� ��������� �� ����� ���� �� ��������� �������
������� ������� �� $<� ������
CONCLUSIONSC���� ���� ������� �� ����� ���� ����������
$��������� �� ������� ���������� �� �������� ��
��� $<� ����� �� ��� ����� ����� ���� �� ���
������� �� �� ��� �� ���� ���������� �� ��45) ��
���������� +������� �� ��� ���� �� ��� ���������
�� ��� ������ ���� �� ��� ��� �� ������ �� 45)� ���
��������� �� 45) �� ��������� �� �� ��� �� ���
������ ������ �� ���������� A� ������� �� ���
����������� ���� ������ ���� ��� ������� ��
��� (2 ������ G��� ����������� �� �������
Figure 11. Relationship between refractive index and the content of a-PVA.
!!1.
� ������ �� �
�������� )� ��� ������� ���������� �������� ���
������� ������ �� ��� ����� ��������� ������� � ����
������� �� �������� ��� �������� ������ ��
����� ��������� ���� �������� ���������� ��45) ��
��������� ���� ������� �� ��� ��������
�������� C���� ������ ������ �������� ��� �����
����� �� ��45) ����� � ������ �� ������ ������ ��
�������� ��� ������ �� ���������� ������������
�� � ��45) ����� ����� ������ ������� ������
�������
ACKNOWLEDGEMENTS3� �� ������� �� $� < 8����� ��� ��� ������
���� �� ��8� <8<������ <������ 7���������� ���
������� �� ��� ��������� �� ���� ����� ) ��� ��
���� ���# �� ��������� �� J�������)�� �� �@K
2����� �!1�K/11"� ��� �� ��� 8������� ��
K������� <����� <����� �� ������� �� D���
REFERENCES! 2��� � �� 2����� 8� ���������� -0?!&.- �!:=1��
/ 2��� $)� 8����� K2� ���� $ �� 8���� DB� �� �� �����
����������� 5�� !� �� �� )������ J@� )���� 4����� � !:/
�!:=/��
" 3��� 8 �� A������� B� ���� �� +-?"!= �!:=/��
% 3��� 8 �� A������� B� !������ ����� "�� +1,?:.! �!:=/��
- 3��� 8 �� A������� B� ����� # -2?!1!. �!:=&��
& 2��� $)� ���������� # -+1?/-. �!:./��
. 8����� K2� 2��� $) �� 2������� J� # �� ���� -32?"%:
�!:=1��
= <������� @ �� J������ +� !�������� ����� +?/.1 �!:=/��
!!1=
: )������� A<� ������� D8� +����� 88� 2��� $) ��
<���� D3C� # �� ���� 4/?=- �!:&:��
!1 2��� � �� 2����� 8� ���������� +3?."- �!:=%��
!! C�������� D� 4������ 9� 5���#� � �� ����� E� ��� # ����
������� -2?//" �!::&��
!/ 7�� B� @��� +� (���� ) �� A#�� <� �$�� !�� "��
#�� 12?:- �!::-��
!" 7�� B �� C��� D3� ���������� 32?%&! �!::&��
!% '������� 'C� J������84 ��$������� D9�!�������� �����
-1?/-" �!::!��
!- ���*���� �� 2��� � �� ����� '2� !�������� ����� -5?/&"
�!::/��
!& 3������ 4)� ����� <8� 9����� 8D� A������� B �� 4������
9� ��������$�� +1?-%%! �!::"��
!. <���� 2� B����� B� )#��� + �� A#�� A� # ���
%��� #�� 44?::: �!::"��
!= ���*���� �� 2��� �� ����� '2� $������� D9 �� ) ����
8)E� ���������� 31?--: �!::-��
!: 3������ 4) �� 9����� 8D� ���������� 32?&-- �!::&��
/1 J������ '8� 2������� 2B� 8����� K2 �� J����� 8D�
���������� 31?&%" �!::-��
/! ��# �� <���#� 8� B����#� A� ������ � �� E��� B�
����� �� 4+?!1. �!::.��
// ��# �� ������ � �� E��� B� ����� �� 4/?!.-
�!::=��
/" ��# �� @������ < �� E��� B� ����� �� 42?=!! �!:::��
/% 2��� �� 2����� 8 �� 9���� <� !�������� ����� -+?/--
�!::1��
/- 3���� $� # !�� �� �"�� �� "!/ �!:..��
/& 3���� $� # !�� �� � �� "-&& �!:..��
/. )������� A<� $��� ��<� 4���� )� 2��� $)� 8������ J4�
<������ $D �� <����� A'� # !�� "�� !� �� &1/ �!:&=��
/= 2��� �� 2����� 8 �� 9���� <� !�������� ����� -,?!!-
�!:=:��
/: '��� �) ����� ��������� ������& '�������� D��� 3�����
� GG �!::/��
����� �� /,�!!1",!!1= �/11!�