Даследаванне фон
У якасці натуральнага, багатага і аднаўляльнага рэсурсу, цэлюлоза сутыкаецца з вялікімі праблемамі ў практычных дадатках з-за яго непланавання і абмежаванай уласцівасці растваральнасці. Высокая крышталічнасць і вадародныя сувязі з высокай шчыльнасцю ў структуры цэлюлозы робяць яе дэградай, але не раставаць падчас працэсу захоўвання, а нерастваральныя ў вадзе і большасць арганічных растваральнікаў. Іх вытворныя выпрацоўваюцца эстэрыфікацыяй і эфірнай гідраксільнай групай на ангідраглюкозных адзінках у палімернай ланцугу і будуць праяўляць некаторыя розныя ўласцівасці ў параўнанні з натуральнай цэлюлозай. Рэакцыя эфірнай целлюлозы можа стварыць мноства водарастваральных эфіраў цэлюлозы, такіх як метил-цэлюлоза (МС), гідраксіэтыл-цэлюлоза (HEC) і гідраксіпрапіл-цэлюлозу (HPC), якія шырока выкарыстоўваюцца ў ежы, касметыцы, у фармацэўтычных прэпаратах і медыцыне. Вадараспушчальны CE можа ўтвараць палімеры з вадародам з полікарбонавымі кіслотамі і поліфеноламі.
Зборка пласта за пластамі (LBL)-эфектыўны метад падрыхтоўкі палімерных кампазітных тонкіх плёнак. Наступнае ў асноўным апісвае зборку LBL трох розных CES HEC, MC і HPC з PAA, параўноўвае іх паводзіны зборкі і аналізуе ўплыў заменнікаў на збор LBL. Вывучыце ўплыў рН на таўшчыню плёнкі і розныя адрозненні рН на фарміраванне і растварэнне плёнкі, а таксама развіваюць уласцівасці паглынання вады CE/PAA.
Эксперыментальныя матэрыялы:
Поліакрылавая кіслата (PAA, MW = 450 000). Глейкасць 2 -х гадоў% воднага раствора гидроксиэтилцеллюлозы (HEC) складае 300 МПа · с, а ступень замены - 2,5. Метилцелюлоза (MC, 2 -манатны водны раствор з глейкасцю 400 МПа · с і ступень замены 1,8). Гідраксіпропил цэлюлоза (HPC, 2WT.% Водны раствор з глейкасцю 400 МПа · с і ступень замены 2,5).
Падрыхтоўка да фільма:
Падрыхтавана вадкасцю крышталічнага пласта з крэмнію пры 25 ° С. Метад лячэння слайд -матрыцы заключаецца ў наступным: замочваецца кіслым растворам (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/аб'ём) на 30 мін, затым некалькі разоў прамыйце деионизированной вадой, пакуль рН не стане нейтральным і, нарэшце, высыхае чыстым азотам. Збор LBL ажыццяўляецца з выкарыстаннем аўтаматычнай тэхнікі. Субстрат быў па чарзе замочваюць у растворы CE (0,2 мг/мл) і раствора PAA (0,2 мг/мл), кожны раствор прасякнуты на працягу 4 мін. Паміж кожным растворам прамокнуць тры замоткі па 1 мін. Значэнні рН раствора зборкі і раствора для прамывання былі адрэгуляваны да рН 2,0. Прыкладзеныя плёнкі абазначаюцца як (CE/PAA) N, дзе n абазначае цыкл зборкі. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 і (HPC/PAA) 30 былі падрыхтаваны ў асноўным.
Характарыстыка фільма:
Былі зафіксаваны і прааналізаваны амаль нармальныя спектры адбівання і прааналізаваны з дапамогай нанакальцы-XR Ocean Optics, і вымяраецца таўшчыня плёнак, адкладзеных на крэмнію. З чыстым крэмніевым падкладкай у якасці фону, FT-IR-спектр тонкай плёнкі на падкладцы крэмнію быў сабраны на інфрачырвоным спектраметры Nicolet 8700.
Узаемадзеянне вадароднай сувязі паміж PAA і CES:
Збор HEC, MC і HPC з PAA ў фільмах LBL. На малюнку прыведзены інфрачырвоныя спектры HEC/PAA, MC/PAA і HPC/PAA. Моцныя ІЧ -сігналы PAA і CES можна выразна назіраць у ІЧ -спектрах HEC/PAA, MC/PAA і HPC/PAA. FT-IR-спектраскапія можа прааналізаваць комплекс вадароднай сувязі паміж PAA і CES, кантраляваўшы зрух характэрных палос паглынання. Вадародная сувязь паміж CES і PAA ў асноўным адбываецца паміж гідраксільным кіслародам CES і групай COOH PAA. Пасля ўтварэння вадароднай сувязі, пік на расцяжку пераходзіць у кірунак нізкай частоты.
Пік 1710 см-1 назіраўся для чыстага парашка PAA. Калі полиакриламид быў сабраны ў фільмы з рознымі CE, пікі фільмаў HEC/PAA, MC/PAA і MPC/PAA былі размешчаны ў 1718 см-1, 1720 см-1 і 1724 см-1 адпаведна. У параўнанні з чыстым парашком PAA, пікавыя даўжыні плёнак HPC/PAA, MC/PAA і HEC/PAA зрушыліся на 14, 10 і 8 см -1 адпаведна. Вадародная сувязь паміж эфірным кіслародам і COOH перарывае вадародную сувязь паміж групамі COOH. Чым больш вадародных сувязей, якія ўтвараюцца паміж PAA і CE, тым больш пікавы зрух CE/PAA ў ІЧ -спектрах. HPC мае найбольшую ступень комплексу вадародных сувязяў, PAA і MC знаходзяцца ў сярэдзіне, а HEC - самая нізкая.
Паводзіны росту кампазітных плёнак PAA і CES:
Паводзіны, якія ўтвараюць плёнкі PAA і CES падчас зборкі LBL, было даследавана з выкарыстаннем QCM і спектральнай інтэрфераметрыі. QCM эфектыўная для маніторынгу росту плёнкі in situ на працягу першых некалькіх зборкі. Спектральныя інтэрферометры падыходзяць для плёнак, вырашчаных за 10 цыклаў.
Фільм HEC/PAA паказаў лінейны рост на працягу ўсяго працэсу зборкі LBL, у той час як фільмы MC/PAA і HPC/PAA паказалі экспанентны рост на ранніх этапах зборкі, а затым ператварыліся ў лінейны рост. У лінейнай вобласці росту, чым вышэй ступень комплексу, тым большы рост таўшчыні на цыкл зборкі.
Уплыў рН раствора на рост плёнкі:
Значэнне рН раствора ўплывае на рост вадароднай палімернай кампазітнай плёнкі. Па меры таго, як слабы поліэлектролит, PAA будзе іянізаваны і адмоўна зараджаны па меры павелічэння рН раствора, тым самым перашкаджаючы асацыяцыі вадародных сувязей. Калі ступень іянізацыі PAA дасягнула пэўнага ўзроўню, PAA не змог сабрацца ў плёнку з акцэптарамі вадародных сувязяў у LBL.
Таўшчыня плёнкі знізілася з павелічэннем рН раствора, а таўшчыня плёнкі раптам знізілася пры PH2,5 HPC/PAA і PH3.0-3,5 HPC/PAA. Крытычная кропка HPC/PAA складае каля рн 3,5, у той час як HEC/PAA складае каля 3,0. Гэта азначае, што, калі рН зборнага раствора перавышае 3,5, плёнка HPC/PAA не можа быць сфарміравана, і калі рН раствора перавышае 3,0, плёнка HEC/PAA не можа быць сфарміравана. З -за больш высокай ступені комплексу вадароднай сувязі мембраны HPC/PAA, крытычнае значэнне рН мембраны HPC/PAA вышэй, чым у мембраны HEC/PAA. У без солевага раствора крытычныя значэнні рН комплексаў, якія ўтвараюцца HEC/PAA, MC/PAA і HPC/PAA, былі каля 2,9, 3,2 і 3,7 адпаведна. Крытычная рН HPC/PAA вышэй, чым у HEC/PAA, што адпавядае патрабаванням мембраны LBL.
Прадукцыйнасць паглынання вады мембраны CE/ PAA:
CES багаты гідраксільнымі групамі, так што ў яго было добрае паглынанне вады і ўтрыманне вады. У якасці прыкладу, прымаючы мембрану HEC/PAA, была вывучана адсорбцыйная здольнасць вадароду, звязанай з вадародам CE/PAA да вады ў навакольным асяроддзі. Характарызуецца спектральнай інтэрфераметрыяй, таўшчыня плёнкі павялічваецца па меры паглынання вады. Ён быў змешчаны ў асяроддзі з рэгуляванай вільготнасцю пры 25 ° С на працягу 24 гадзін для дасягнення раўнавагі паглынання вады. Плёнкі сушылі ў вакуумнай духоўцы (40 ° С) на працягу 24 гадзін, каб цалкам выдаліць вільгаць.
Па меры павелічэння вільготнасці плёнка згушчаецца. У нізкай плошчы вільготнасці 30%-50%рост таўшчыні адносна павольны. Калі вільготнасць перавышае 50%, таўшчыня хутка расце. У параўнанні з мембранай PVPON/PAA, звязанай з вадародам, мембрана HEC/PAA можа паглынаць больш вады з навакольнага асяроддзя. Пры ўмове адноснай вільготнасці 70%(25 ° С) дыяпазон патаўшчэння плёнкі PVPON/PAA складае каля 4%, у той час як плёнка HEC/PAA складае каля 18%. Вынікі паказалі, што, хоць пэўная колькасць OH -груп у сістэме HEC/PAA ўдзельнічала ў фарміраванні вадародных сувязяў, усё яшчэ была значная колькасць OH -груп, якія ўзаемадзейнічаюць з вадой у навакольным асяроддзі. Такім чынам, сістэма HEC/PAA мае добрыя ўласцівасці паглынання вады.
У заключэнне
(1) Сістэма HPC/PAA з самай высокай ступенню вадароднай сувязі CE і PAA мае самы хуткі рост сярод іх, MC/PAA знаходзіцца ў сярэдзіне, а HEC/PAA - самы нізкі.
(2) Фільм HEC/PAA паказаў рэжым лінейнага росту на працягу ўсяго працэсу падрыхтоўкі, у той час як астатнія дзве фільмы MC/PAA і HPC/PAA паказалі экспанентны рост у першых некалькіх цыклах, а затым ператварыліся ў лінейны рэжым росту.
(3) Рост плёнкі CE/PAA мае моцную залежнасць ад рН раствора. Калі рН раствора вышэй, чым яго крытычная кропка, PAA і CE не могуць сабрацца ў плёнку. Сабраная мембрана CE/PAA была раствараецца ў высокіх растворах рН.
(4) Паколькі плёнка CE/PAA багатая OH і COOH, цеплавая апрацоўка робіць яе сшытай. Скрыжаваная мембрана CE/PAA мае добрую стабільнасць і нерастваральны ў высокіх рашэннях рН.
(5) Плёнка CE/PAA мае добрую адсорбцыйную здольнасць для вады ў навакольным асяроддзі.
Час паведамлення: 18 лютага