Plasma methods for modification and preparation of biopolymers

Abstract

The thesis covers the main results of research on atmospheric pressure plasma modi- fication of biopolymers for the preparation of functional materials. Sodium alginate solu- tions processed by means of a plasma jet were successfully used for the casting of foils with advanced mechanical properties. It was observed that alginate's final performance does not only depend on the originating biopolymer viscosity but is significantly influenced by the type of working gas used for plasma modification. The antibacterial effect of alginate foils incorporated with almond essential oil was demonstrated as a promising extension of alginate's application in food storage. The results of plasma-initiated degradation of high-molecular-weight chitosan were studied in terms of its water-solubility. The analysis of structural properties demonstrated deep destruction of chitosan including the fragmen- tation of low-molecular-weight oligomers presented in the control sample. The fraction perfectly soluble in water was obtained using plasma processing as was demonstrated by NMR. The plasma solution system was demonstrated to be a suitable tool for enhancing chitosan's degradation for a possible application in crop protection. 1

V práci sú zhrnuté výsledky štúdia vplyvu atmosférickej plazmy na modifikáciu a prípravu vybraných biopolymérnych materiálov. Opracovanie alginátu sodného v roztoku pomocou plazmovej trysky a následná analýza odliatych fólií nás doviedla k záveru, že výsledné vlastnosti alginátu závisia nielen na viskozite pôvodných reťazcov, ale najmä na typu pracovného plynu použitého pri jeho modifikácii. Potvrdený antibakteriálny efekt fólií s pridaním mandľového esenciálneho oleja predstavuje sľubné rozšírenie použitia alginátu v potravinárskom priemysle. Degradácia vysokomolekulárneho chitosanu vplyvom plazmového opracovania bola študovaná v spojitosti s jeho rozpustnosťou vo vode. Analýza štruktúrnych vlastností potvrdila deštrukciu chitosanu sprevádzanú fragmentáciou nízkomolekulárnych oligomerov v neopracovanej vzorke. Výsledky NMR demonštrovali efektívnosť využitia plazmového systému v roztoku na vytvorenie rozpustnej frakcie chitosanu za účelom jeho možnej aplikácie na ochranu plodín a rastlín. 1