Investigació de fons
Com a recurs natural, abundant i renovable, la cel·lulosa es troba en grans reptes en aplicacions pràctiques a causa de les seves propietats de solubilitat no fixades i limitades. Els enllaços d’hidrogen d’alta cristalinitat i d’alta densitat en l’estructura de cel·lulosa la fan degradar, però no es fonen durant el procés de possessió i insolubles en l’aigua i la majoria de dissolvents orgànics. Els seus derivats són produïts per l’esterificació i l’etificació dels grups d’hidroxil a les unitats d’anhidroglucosa de la cadena de polímer i presentaran propietats diferents en comparació amb la cel·lulosa natural. La reacció d’etterificació de la cel·lulosa pot generar molts èters de cel·lulosa soluble en aigua, com ara metil cel·lulosa (MC), hidroxietil cel·lulosa (HEC) i hidroxipropil cel·lulosa (HPC), que s’utilitzen àmpliament en aliments, cosmètics, productes farmacèutics i medicaments. La CE soluble en aigua pot formar polímers amb hidrogen amb àcids policarboxílics i polifenols.
La capa per capa (LBL) és un mètode eficaç per preparar pel·lícules primes compostes de polímer. A continuació, descriu principalment el conjunt LBL de tres CE diferents de HEC, MC i HPC amb PAA, compara el seu comportament de muntatge i analitza la influència dels substituents en el conjunt de LBL. Investigueu l'efecte del pH sobre el gruix de la pel·lícula i les diferents diferències de pH en la formació i dissolució de pel·lícules i desenvolupeu les propietats d'absorció d'aigua de CE/PAA.
Materials experimentals:
Àcid poliacrílic (PAA, MW = 450.000). La viscositat de la solució aquosa del 2WT. Metilcel·lulosa (MC, una solució aquosa de 2wt.% Amb una viscositat de 400 MPa i un grau de substitució de 1,8). Hidroxipropil cel·lulosa (HPC, una solució aquosa del 2WT.
Preparació de pel·lícules:
Preparat per muntatge de capa de cristall líquid sobre silici a 25 ° C. El mètode de tractament de la matriu de diapositives és el següent: remull en solució àcida (H2SO4/H2O2, 7/3vol/vol) durant 30min, després esbandiu amb aigua desionitzada diverses vegades fins que el pH es faci neutre i finalment s’assequi amb nitrogen pur. El conjunt LBL es realitza mitjançant maquinària automàtica. El substrat es va remullar alternativament en solució CE (0,2 mg/ml) i solució PAA (0,2 mg/ml), cada solució es va remullar durant 4 min. Es van realitzar tres remolins d’escorça d’1 min cadascun en aigua desionitzada entre cada solució de solució per eliminar el polímer unit. Els valors de pH de la solució de muntatge i la solució d’esbandit es van ajustar a pH 2,0. Les pel·lícules preparades com a preparades es denoten com a (CE/PAA) N, on n denota el cicle de muntatge. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 i (HPC/PAA) 30 es van preparar principalment.
Caracterització del cinema:
Es van registrar i analitzar espectres de reflectància gairebé normals amb òptica oceànica Nanocalc-XR, i es va mesurar el gruix de pel·lícules dipositades al silici. Amb un substrat de silici en blanc com a fons, es va recollir l’espectre FT-IR de la pel·lícula fina del substrat de silici en un espectròmetre d’infrarojos Nicolet 8700.
Interaccions d’enllaç d’hidrogen entre PAA i CES:
Assemblea de HEC, MC i HPC amb PAA en pel·lícules LBL. A la figura es mostren els espectres infrarojos de HEC/PAA, MC/PAA i HPC/PAA. Els forts senyals IR de PAA i CES es poden observar clarament en els espectres IR de HEC/PAA, MC/PAA i HPC/PAA. L’espectroscòpia FT-IR pot analitzar la complexació d’enllaços d’hidrogen entre PAA i CES supervisant el desplaçament de bandes d’absorció característica. L’enllaç d’hidrogen entre CES i PAA es produeix principalment entre l’oxigen hidroxil de CES i el grup COOH de PAA. Després de formar l’enllaç d’hidrogen, el pic de pic d’estirament es desplaça cap a la direcció de baixa freqüència.
Es va observar un pic de 1710 cm-1 per a la pols PAA pura. Quan la poliacrilamida es va reunir en pel·lícules amb diferents CES, els cims de les pel·lícules HEC/PAA, MC/PAA i MPC/PAA es van localitzar a 1718 cm-1, 1720 cm-1 i 1724 cm-1, respectivament. En comparació amb la pols PAA pura, les pel·lícules màximes de HPC/PAA, MC/PAA i HEC/PAA es van desplaçar per 14, 10 i 8 cm - 1, respectivament. L’enllaç d’hidrogen entre l’oxigen d’èter i el COOH interromp l’enllaç d’hidrogen entre els grups COOH. Com més enllaços d’hidrogen es formen entre PAA i CE, més gran és el canvi màxim de CE/PAA en els espectres IR. L’HPC té el grau més alt de complexació d’enllaços d’hidrogen, PAA i MC són al centre i HEC és el més baix.
Comportament de creixement de les pel·lícules compostes de PAA i CES:
Es va investigar el comportament formant de pel·lícules de PAA i CES durant el conjunt de LBL mitjançant QCM i interferometria espectral. QCM és eficaç per controlar el creixement del cinema in situ durant els primers cicles de muntatge. Els interferòmetres espectrals són adequats per a pel·lícules cultivades durant 10 cicles.
La pel·lícula HEC/PAA va mostrar un creixement lineal durant tot el procés de muntatge LBL, mentre que les pel·lícules MC/PAA i HPC/PAA van mostrar un creixement exponencial en les primeres etapes del muntatge i després es van transformar en un creixement lineal. A la regió de creixement lineal, com més gran sigui el grau de complexació, més gran és el creixement del gruix per cicle de muntatge.
Efecte del pH de solució sobre el creixement del cinema:
El valor de pH de la solució afecta el creixement de la pel·lícula composta de polímer unida a l’hidrogen. Com a polielectrolit feble, la PAA serà ionitzada i es carregarà negativament a mesura que augmenta el pH de la solució, inhibint així l’associació d’enllaços d’hidrogen. Quan el grau d’ionització de PAA va assolir un nivell determinat, PAA no va poder reunir -se en una pel·lícula amb acceptadors d’enllaços d’hidrogen a LBL.
El gruix de la pel·lícula va disminuir amb l’augment del pH de la solució i el gruix de la pel·lícula va disminuir sobtadament a pH2,5 hpc/PAA i pH3.0-3,5 hpc/PAA. El punt crític d’HPC/PAA és d’un pH 3,5, mentre que el d’HEC/PAA és d’uns 3,0. Això vol dir que quan el pH de la solució de muntatge és superior a 3,5, no es pot formar la pel·lícula HPC/PAA i quan el pH de la solució és superior a 3,0, la pel·lícula HEC/PAA no es pot formar. A causa del grau més elevat de complexació d’enllaços d’hidrogen de la membrana HPC/PAA, el valor de pH crític de la membrana HPC/PAA és superior al de la membrana HEC/PAA. En solució sense sal, els valors de pH crítics dels complexos formats per HEC/PAA, MC/PAA i HPC/PAA van ser aproximadament 2,9, 3,2 i 3,7, respectivament. El pH crític de HPC/PAA és superior al de HEC/PAA, que és coherent amb el de la membrana LBL.
Actuació d’absorció d’aigua de la membrana CE/ PAA:
El CES és ric en grups hidroxils de manera que té una bona absorció d’aigua i retenció d’aigua. Prenent com a exemple la membrana HEC/PAA, es va estudiar la capacitat d’adsorció de la membrana CE/PAA enllaçada amb hidrogen a l’aigua al medi. Caracteritzat per interferometria espectral, el gruix de la pel·lícula augmenta a mesura que la pel·lícula absorbeix l’aigua. Es va col·locar en un entorn amb humitat regulable a 25 ° C durant 24 hores per aconseguir un equilibri d’absorció d’aigua. Les pel·lícules es van assecar al forn de buit (40 ° C) durant 24 h per eliminar completament la humitat.
A mesura que la humitat augmenta, la pel·lícula s’espesseix. A la zona de baixa humitat del 30%-50%, el creixement del gruix és relativament lent. Quan la humitat supera el 50%, el gruix creix ràpidament. En comparació amb la membrana PVPON/PAA enllaçada amb hidrogen, la membrana HEC/PAA pot absorbir més aigua del medi. Sota la condició d’humitat relativa del 70%(25 ° C), el rang d’espessiment de la pel·lícula PVPON/PAA és d’aproximadament un 4%, mentre que la de la pel·lícula HEC/PAA és fins al 18%. Els resultats van mostrar que, tot i que una certa quantitat de grups OH del sistema HEC/PAA va participar en la formació d’enllaços d’hidrogen, encara hi havia un nombre considerable de grups OH que interactuaven amb l’aigua al medi. Per tant, el sistema HEC/PAA té bones propietats d’absorció d’aigua.
En conclusió
(1) El sistema HPC/PAA amb el grau d'enllaç d'hidrogen més alt de CE i PAA té el creixement més ràpid entre ells, MC/PAA es troba al centre i HEC/PAA és el més baix.
(2) La pel·lícula HEC/PAA va mostrar un mode de creixement lineal durant tot el procés de preparació, mentre que les altres dues pel·lícules MC/PAA i HPC/PAA van mostrar un creixement exponencial en els primers cicles, i després es van transformar en un mode de creixement lineal.
(3) El creixement de la pel·lícula CE/PAA té una forta dependència del pH de la solució. Quan el pH de la solució és superior al seu punt crític, PAA i CE no es poden reunir en una pel·lícula. La membrana CE/PAA muntada era soluble en solucions de pH elevades.
(4) Com que la pel·lícula CE/PAA és rica en OH i COOH, el tractament tèrmic la fa reticular. La membrana CE/PAA reticulada té una bona estabilitat i és insoluble en solucions altes de pH.
(5) La pel·lícula CE/PAA té una bona capacitat d’adsorció d’aigua al medi.
Posada Posada: 18-2023 de febrer