Polymer Bio-composites Based on Collagen

Abstract

One of the substances suitable for preparation of biologically degradable polymer composites is collagen. It is the main component of the animal tissue of leather, bones and tendons. It belongs among the most technically important fibrous proteins. The characteristic structure of collagen, with a high degree of internal organization of molecules, is the main aspect determining the mechanical properties of this tissue. Three collagen polypeptide alpha – chains are commonly screwed into regular right-handed super-spiral. These molecules are extremely rich of glycine (26 – 28 %) and proline (over 15 %). For the intended application native collagen is relatively difficult to be processed without modification. Collagen colloid prepared by hydrolytic decay of the conformational structure after de-amination of collagen with a shift of iso-electric point to the value < 5 was used in these experiments. Further chemical modifications was necessary, e.g. in the packaging industry, to ensure and optimize the thermal elasticity and compatibility with the tested polymers. Ethylene vinyl-acetate copolymer was used as the polymer matrix. For collagen modification, applied modifiers were based on polyhydric alcohols and amines. During the compounding process, individual compounds of the mixture were homogenized. Polymer granulates with different ratios of individual compounds in the mixture were prepared by granulation. Process-ability of the prepared granules was tested by producing foils using blowing technology. Physical and mechanical parameters of the foils were evaluated including strength, elongation, permeability to water vapor and biodegradability. The results obtained were considered mainly from the point of view of controlled biodegradation.ResumenUna de las sustancias aptas para la preparación de polímeros mixtos biodegradables es el colágeno. Es el componente principal en los tejidos animales como cuero, huesos y tendones. Pertenece entre las más importantes proteínas fibrosas para usos técnicos. La estructura característica del colágeno, con una alta ordenación interna de moléculas, es el principal aspecto determinante de las propiedades mecánicas de este tejido. Tres cadenas alfa polipeptídicas helicoidales en una super-espiral muy regular con el sentido de rotación en el de las manecillas del reloj. Estas moléculas son muy ricas en contenidos de glicina (26-28%) y prolina (superior al 15%). Para la aplicación intencionada, [polímeros biodegradables] el colágeno en su estado nativo es relativamente difícil de procesar sin modificarlo. Una preparación coloidal por degeneración hidrolítica de la conformación estructural del colágeno por medio de desaminación, lo que causa un desplazamiento del pH del punto isoeléctrico a un valor inferior a 5 fue utilizado en estos experimentos. Modificaciones químicas adicionales fueron requeridas, v,g. en la industria de empaque [al consumidor], para asegurar y optimizar la elasticidad térmica y la compatibilidad con los [otros] polímeros siendo comprobados. Copolímeros de acetato – vinilo de etileno fue utilizado como la matriz polimérica. Para la modificación del colágeno, fueron aplicados modificantes basados en alcoholes polihídricos y aminas. Durante el proceso de agregación, los componentes individuales de la mezcla fueron homogenizados. Granulados poliméricos con diferentes proporciones de los compuestos de la mezcla se prepararon por granulación. La capacidad de los gránulos de ser procesados se comprobó usando tecnología de soplado para producir películas. Los parámetros físicos y mecánicos de las películas así producidas fueron evaluadas, incluyendo resistencia, elongación, permeabilidad al vapor de agua, y biodegradabilidad. Los resultados obtenidos se consideraron principalmente desde el punto de vista de una biodegradabilidad controlada.