Morfologie nanovláken se významně mění během degradace. Přestože se rychlost degradace mění v závislosti na druhu polymeru, morfologické změny polymerních nanovláken můžeme rozdělit do dvou typů: tavení vlákna (tzv. fiber melting) a lámání vlákna (tzv. fiber breaking). Tavenina jako morfologie je častěji získávána z amorfních nanovláken s nízkou teplotou skelného přechodu (Tg). Věří se, že dochází k tavení vlákna (tzv. fiber melting), pokud je molární hmotnost polymeru snížena k rozsahu, že je jeho Tg blízko nebo pod teplotou degradace, běžně 37°C.
29
V tomto případě se polymerní řetězce v amorfní oblasti stávají pohyblivými. Nicméně mají vlákna sklon se „tavit“ dohromady, aby snížily povrchové napětí. Na druhou stranu mají polymerní nanovlákna s vysokou krystalinitou nebo s vysokým Tg jako jsou: PGA, PLLA, PCL a jejich kopolymery sklon k rozbití nebo rozlomení nanovláken během degradace. Stává se to, protože polymerní řetězce v krystalické oblasti jsou stabilní, tuhé a nepohyblivé. Vlákno se rozbije (roztrhne), když se v průběhu degradace objeví slabina tzv.: „weak point“ podél vlákna. Rozbité konce vláken jsou tudíž více citlivé k postihnutí hydrolýzy, jelikož jsou více vystavena degradačnímu médiu (okolnímu prostředí). [4]
8.1 Degradační mechanismy nanovláken
Je zřejmé, že se polymerní nanovlákna rozloží rychleji než příslušný polymer v makroměřítku (v řádu milimetrů). Nemusí být vždy pravdou, že je to z důvodu vysoké povrchové plochy nanovláken. Abychom se mohli věnovat této záležitosti, je potřeba analyzovat základní mechanismy hydrolýzy polyesterů.
Hydrolýza polyesterů a eroze
Eroze je definována jako fyzikální rozpad polymerní hmoty, která je výsledkem degradace. Na základě inkubace voda pronikne dovnitř polymerní hmoty prostupující směrem ke středu zájmu a zahrnuje rozštěpení polymerního řetězce.
Jakmile je dosažena dostatečně nízká molární hmotnost, utvořené degradační produkty se rozptýlí a rozplynou v degradačním médiu a jsou přepraveny od polymerní hmoty ven. [2]
V závislosti na mechanizmu eroze klasifikujeme polymer jako erodující objemem nebo povrchově. Degradace nastane v celé hmotě a materiál se ztrácí z veškerého objemu polymeru, pokud voda proniká rychleji než eroze základní hmoty.
Toto chování je označováno jako objemová eroze. Někdy je ale uvedená pod názvem homogenní eroze, protože ztráta hmotnosti se získává v celé hmotě ve více či méně jednotné rychlosti. Poté co eroze dojde ke kritickému stupni, časem dochází ke kolapsu celého systému. Speciálním případem objemové eroze je heterogenní (různorodá nehomogenní) degradace. Po fázi degradace jsou vytvořeny rozpustné oligomerní sloučeniny v základní hmotě. Rozpustné oligomery na povrchu základní hmoty jsou
30
jednoduše rozptýleny v degradačním médiu, zatímco oligomery uvnitř základní hmoty rozptýleny nejsou. Tyto kyselé oligomery se takto nahromadí uvnitř základní hmoty a navodí se tak rychlejší degradace uvnitř hmoty autokatalýzou. V extrémních případech vznikne dutá struktura, když je vnitřní materiál kompletně degradován, viz Obr.: 8 c.
Sklon k objemové erozi mají amorfní (beztvaré nekrystalické) a hydrofilní polymery.
Na druhou stranu označujeme jako povrchovou erozi v případě, jestliže voda proniká pomaleji než samotný proces eroze a ztráta hmotnosti se týká pouze povrchové vrstvy. V ideálním případě je u povrchové eroze její stupeň přímo úměrný vnějšímu povrchu. Přestože je těžké dosáhnout povrchové eroze, častěji se preferuje, protože je snadněji předvídatelná. Většina polymerů není dostatečně hydrofobních, aby zabránily průniku vody dovnitř základní hmoty. Hydrofobní polymery s vyšší krystalinitou jsou více předurčeny k tomu, aby se u nich projevila povrchová eroze. [2]
Např.: PCL a PLLA jsou polokrystalické polymery s vyšší krystalinitou a hydrofobicitou. V těchto případech je těžké, aby voda pronikla dovnitř základní hmoty.
Polymery těchto materiálů v nanoměřítku degradují rychleji, než v řádech milimetrů.
Polyesterová nanovlákna degradují povrchovou erozí, protože neobsahují žádný „objemný materiál“. Jestliže neprobíhá žádná autokatalýza v nanovlákenné hmotě, znamená to, že čím menší bude průměr vlákna, tím rychleji se rozloží. [2]
8.1.1 Degradace polyesterových nanovláken
Rychlost degradace polyesteru je ovlivnitelná na základě změny polymeru, který jej vytváří. Jednou z výhod degradace polyesterových nanovláken je, že jejich degradační produkty jsou metabolizovány v lidském těle. Kompletně se adsorbují v lidském těle, z tohoto důvodu se využívají v medicíně. Dalo by se říci, že přestože degradace polyesterových vláken tradičního makro měřítka (pohybující se v řádech milimetrů) byla rozsáhle studována, studie elektrostaticky zvlákněných degradabilních polyesterových nanovláken je na samém počátku. Důvodem, proč se chovají vlákna v makro a mikro měřítku při degradaci jinak je, že nanovlákna mají větší povrch ku objemu než je to u vláken v makro měřítku. Dále by mohla být rozdílná krystalinita, uspořádání a orientace polymerního řetězce, hydrofobicita. Aktivita buněk a tkání může
postupně ovlivnit degra
t degradován pomocí vnějších žijících organism lné v lidském a živočišném těle, protože po říci, že nejsou vstřebatelné, ale spíše, že proc olytické degradace. Je přijatelné, že hydrolytick
h nebo množství degradačních cest, viz.: Obr. 8
eroze, b) celková degradace, c) celková degrada
(rozptylová) reakce určuje způsob, který e povrchu nebo eroze zahrnuje hydrolytické ze na povrchu. Tato situace nastává při pomě ůa produkci oligomerů a monomerů, které jsou r
měr vstupu vody do celkového polymeru. T olymeru v průběhu času bez ovlivnění mol ymeru, který by obecně zůstal nezměněn po
odou tohoto typu eroze je její předvídatelnost př
ovat a napodobovat