Изследователски опит
Като естествен, изобилен и възобновяем ресурс, целулозата среща големи предизвикателства в практическите приложения поради своите нелепи и ограничени свойства на разтворимост. Високата кристалност и водородните връзки с висока плътност в структурата на целулозата го правят да се разгражда, но не и да се стопи по време на процеса на притежание и неразтворим във вода и повечето органични разтворители. Техните производни се произвеждат чрез естерификация и етерификация на хидроксилните групи върху анхидроглукозните единици в полимерната верига и ще проявят някои различни свойства в сравнение с естествената целулоза. Реакцията на етерификация на целулозата може да генерира много водоразтворими целулозни етери като метил целулоза (MC), хидроксиетил целулоза (HEC) и хидроксипропил целулоза (HPC), които се използват широко в храната, козметиката, във фармацевтиците и лекарствата. Водноразтворимото CE може да образува водородни връзки полимери с поликарбоксилни киселини и полифеноли.
Сглобяването на слой по слой (LBL) е ефективен метод за приготвяне на полимерни композитни тънки филми. Следното описва главно LBL сглобяването на три различни CES на HEC, MC и HPC с PAA, сравнява тяхното поведение на сглобяване и анализира влиянието на заместителите върху сглобяването на LBL. Изследвайте ефекта на pH върху дебелината на филма и различните разлики на pH върху образуването и разтварянето на филма и развийте свойствата на абсорбция на вода на CE/PAA.
Експериментални материали:
Полиакрилова киселина (PAA, MW = 450 000). Вискозитетът на 2wt.% Воден разтвор на хидроксиетилцелулоза (HEC) е 300 MPa · s, а степента на заместване е 2,5. Метилцелулоза (MC, 2wt.% Воден разтвор с вискозитет 400 MPa · s и степен на заместване 1,8). Хидроксипропил целулоза (HPC, 2wt.% Воден разтвор с вискозитет 400 MPa · s и степен на заместване от 2.5).
Подготовка за филми:
Приготвен от течен кристален слой на слоя върху силиций при 25 ° С. Методът на лечение на слайд матрицата е следният: Накиснете в киселинен разтвор (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/VOL) за 30 минути, след това изплакнете с дейонизирана вода няколко пъти, докато pH стане неутрално и накрая изсъхне с чист азот. LBL сглобяването се извършва с помощта на автоматични машини. Субстратът се накисва последователно в CE разтвор (0,2 mg/mL) и PAA разтвор (0,2 mg/ml), всеки разтвор се накисва за 4 минути. Три накисвания на изплакване от 1 мин всяка в дейонизирана вода бяха проведени между всеки разтвор накисване, за да се отстрани свободно прикрепен полимер. Стойностите на рН на сглобяващия разтвор и разтворът за изплакване се регулират на рН 2.0. Подготвените филми са обозначени като (CE/PAA) n, където n обозначава цикъла на сглобяване. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 и (HPC/PAA) 30 бяха подготвени главно.
Характеристика на филма:
Близо нормалните спектри на отражение бяха записани и анализирани с нанокалк-XR океанска оптика и се измерва дебелината на филмите, отложени върху силиций. С празен силициев субстрат като фон, FT-IR спектърът на тънкия филм върху силициевия субстрат беше събран на инфрачервен спектрометър Nicolet 8700.
Взаимодействия между водородни връзки между PAA и CES:
Сглобяване на HEC, MC и HPC с PAA в LBL филми. Инфрачервените спектри на HEC/PAA, MC/PAA и HPC/PAA са показани на фигурата. Силните IR сигнали на PAA и CES могат ясно да се наблюдават в IR спектрите на HEC/PAA, MC/PAA и HPC/PAA. FT-IR спектроскопията може да анализира комплексирането на водородна връзка между PAA и CES, като наблюдава изместването на характерни абсорбционни ленти. Водородна връзка между CES и PAA се случва главно между хидроксиловия кислород на CES и групата на COOH на PAA. След като се образува водородна връзка, разтягащият се пик червено се измества до ниска честотна посока.
Наблюдава се пик от 1710 cm-1 за чист PAA прах. Когато полиакриламидът е сглобен във филми с различни CES, върховете на HEC/PAA, MC/PAA и MPC/PAA филми са разположени съответно при 1718 cm-1, 1720 cm-1 и 1724 cm-1. В сравнение с чистия PAA прах, пиковите дължини на филмите HPC/PAA, MC/PAA и HEC/PAA се изместват съответно с 14, 10 и 8 cm - 1. Водородната връзка между етера кислород и COOH прекъсва водородната връзка между групите COOH. Колкото повече водородни връзки се образуват между PAA и CE, толкова по -голямо е пиковото изместване на CE/PAA в IR спектрите. HPC има най -висока степен на комплексиране на водородна връзка, PAA и MC са в средата, а HEC е най -ниската.
Поведение на растежа на композитни филми на PAA и CES:
Поведението на филмово формиране на PAA и CES по време на сглобяването на LBL е изследвано с помощта на QCM и спектрална интерферометрия. QCM е ефективен за наблюдение на растежа на филма in situ през първите няколко цикъла на сглобяване. Спектралните интерферометри са подходящи за филми, отглеждани над 10 цикъла.
Филмът HEC/PAA показа линеен растеж през целия процес на сглобяване на LBL, докато филмите MC/PAA и HPC/PAA показват експоненциален растеж в ранните етапи на сглобяване и след това се трансформират в линеен растеж. В линейния район на растеж, колкото по -висока е степента на комплексиране, толкова по -голям е растежът на дебелината на цикъл на сглобяване.
Ефект от рН на разтвора върху растежа на филма:
Стойността на pH на разтвора влияе върху растежа на полимерния композитен филм, свързан с водорода. Като слаб полиелектролит, PAA ще бъде йонизиран и отрицателно зареден с увеличаване на рН на разтвора, като по този начин инхибира връзката на водородните връзки. Когато степента на йонизация на PAA достигна определено ниво, PAA не можеше да се събере във филм с акцептори на водородна връзка в LBL.
Дебелината на филма намалява с увеличаването на рН на разтвора, а дебелината на филма намалява внезапно при PH2,5 HPC/PAA и PH3.0-3.5 HPC/PAA. Критичната точка на HPC/PAA е около рН 3,5, докато тази на HEC/PAA е около 3,0. Това означава, че когато pH на сглобяващия разтвор е по -високо от 3,5, филмът HPC/PAA не може да се образува и когато рН на разтвора е по -високо от 3.0, филмът HEC/PAA не може да се образува. Поради по -високата степен на комплексиране на водородна връзка на мембраната на HPC/PAA, критичната стойност на рН на мембраната на HPC/PAA е по -висока от тази на мембраната на HEC/PAA. При разтвор без сол, критичните стойности на pH на комплексите, образувани от HEC/PAA, MC/PAA и HPC/PAA, са съответно около 2,9, 3,2 и 3,7. Критичното рН на HPC/PAA е по -високо от това на HEC/PAA, което е в съответствие с това на LBL мембраната.
Поглъщане на водата на мембраната на CE/ PAA:
CES е богат на хидроксилни групи, така че да има добро абсорбция на вода и задържане на вода. Като пример за пример за HEC/PAA, адсорбционният капацитет на мембраната на CE/PAA на водорода към водата в околната среда е проучен. Характеризира се със спектрална интерферометрия, дебелината на филма се увеличава, когато филмът абсорбира водата. Той се поставя в среда с регулируема влажност при 25 ° С в продължение на 24 часа, за да се постигне равновесие на абсорбция на вода. Филмите се изсушават във вакуумна фурна (40 ° С) в продължение на 24 часа, за да се отстрани напълно влагата.
С увеличаването на влажността филмът се сгъстява. В зоната с ниска влажност от 30%-50%растежът на дебелината е сравнително бавен. Когато влажността надвишава 50%, дебелината расте бързо. В сравнение с свързаната с водород PVPON/PAA мембрана, HEC/PAA мембраната може да абсорбира повече вода от околната среда. При условие на относителна влажност от 70%(25 ° C) диапазонът на сгъстяване на PVPON/PAA филм е около 4%, докато този на HEC/PAA филмът е с около 18%. Резултатите показват, че въпреки че определено количество OH групи в системата на HEC/PAA участва в образуването на водородни връзки, все още има значителен брой групи OH, взаимодействащи с водата във околната среда. Следователно системата HEC/PAA има добри свойства на абсорбция на вода.
в заключение
(1) Системата HPC/PAA с най -висока степен на водородна връзка на CE и PAA има най -бърз растеж сред тях, MC/PAA е в средата, а HEC/PAA е най -ниската.
(2) Филмът HEC/PAA показа линеен режим на растеж по време на процеса на подготовка, докато другите два филма MC/PAA и HPC/PAA показаха експоненциален растеж в първите няколко цикъла и след това се трансформира в линеен режим на растеж.
(3) Ръстът на филма CE/PAA има силна зависимост от рН на разтвора. Когато рН на разтвора е по -високо от критичната му точка, PAA и CE не могат да се съберат във филм. Сглобената мембрана на CE/PAA беше разтворима при разтвори с висок рН.
(4) Тъй като филмът CE/PAA е богат на OH и COOH, топлинната обработка го прави омрежен. Мембраната на кръстосаното свързване на CE/PAA има добра стабилност и е неразтворима в разтвори с висок рН.
(5) Филмът CE/PAA има добър адсорбционен капацитет за вода в околната среда.
Време за публикация: Февруари-18-2023