Zkoumejte pozadí
Jako přirozený, hojný a obnovitelný zdroj nachází celulóza velkými výzvami v praktických aplikacích díky svým netahováním a omezeným rozpustností. Hydrogenové vazby s vysokou krystalinitou a vysokou hustotou ve struktuře celulózy se zhoršují, ale ne roztavení během procesu držení a nerozpustné ve vodě a většině organických rozpouštědel. Jejich deriváty jsou produkovány esterifikací a etherifikací hydroxylových skupin na anhydroglukózových jednotkách v polymerním řetězci a ve srovnání s přirozenou celulózou budou vykazovat některé různé vlastnosti. Etherifikační reakce celulózy může generovat mnoho celulózových etherů rozpustných ve vodě, jako je methyllulóza (MC), hydroxyethylcelulóza (HEC) a hydroxypropyllulóza (HPC), které se široce používají v potravinách, kosmetice, ve farmaceutice a medicíně. Vodě rozpustný CE může tvořit vodíkově vázané polymery s polykarboxylovou kyselinou a polyfenoly.
Sestava vrstvy po vrstvě (LBL) je účinnou metodou přípravy polymerních kompozitních tenkých filmů. Následující popisuje hlavně sestavu LBL tří různých CE HEC, MC a HPC s PAA, porovnává jejich montážní chování a analyzuje vliv substituentů na sestavu LBL. Prozkoumejte vliv pH na tloušťku filmu a různé rozdíly pH na tvorbu filmu a rozpouštění a rozvíjejte vlastnosti absorpce vody CE/PAA.
Experimentální materiály:
Kyselina polyakrylová (PAA, MW = 450 000). Viskozita 2WT% vodného roztoku hydroxyethylcelulózy (HEC) je 300 MPa · s a stupeň substituce je 2,5. Methylcelulóza (MC, 2WT.% Vodný roztok s viskozitou 400 MPa · s a stupněm substituce 1,8). Hydroxypropylcelulóza (HPC, 2WT. Vodný roztok s viskozitou 400 MPa · s a stupněm substituce 2,5).
Příprava filmu:
Připraveno sestavou kapalné krystalové vrstvy na křemíku při 25 ° C. Metoda léčby skluzové matrice je následující: Namočte se do kyselého roztoku (H2SO4/H2O2, 7/3vol/objal) po dobu 30 minut, poté několikrát opláchněte deionizovanou vodou, dokud se pH neutrá a nakonec suchý čistým dusíkem. Sestava LBL se provádí pomocí automatického stroje. Substrát byl střídavě namočen do roztoku CE (0,2 mg/ml) a roztoku PAA (0,2 mg/ml), každý roztok byl namočen po dobu 4 minut. Mezi každým roztokem namočily se tři oplachování 1 minuty v deionizované vodě, aby se volně připojil polymer. Hodnoty pH roztoku sestavy a oplachovací roztok byly upraveny na pH 2,0. As-připravené filmy jsou označeny jako (CE/PAA) N, kde N označuje cyklus montáže. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 a (HPC/PAA) 30 byly převážně připraveny.
Charakterizace filmu:
Byla zaznamenána a analyzována téměř normální odrazivá spektra pomocí Oceanské optiky nanoCalc-XR a byla měřena tloušťka filmů uložených na křemíku. S prázdným křemíkovým substrátem jako pozadí bylo na infračerveném spektrometru Nicolet 8700 shromážděno spektrum tenkého filmu na křemíkovém substrátu.
Interakce vodíkové vazby mezi PAA a CES:
Shromáždění HEC, MC a HPC s PAA do filmů LBL. Infračervená spektra HEC/PAA, MC/PAA a HPC/PAA jsou uvedeny na obrázku. Silné IR signály PAA a CES lze jasně pozorovat v IR spektrech HEC/PAA, MC/PAA a HPC/PAA. FT-IR spektroskopie může analyzovat komplexaci vodíkové vazby mezi PAA a CES monitorováním posunu charakteristických absorpčních pásů. Vodíkové vazby mezi CES a PAA se vyskytuje hlavně mezi hydroxylmoxygenem CES a COOH skupinou PAA. Po vytvoření vodíkové vazby se napínací pík červeně posune na nízkofrekvenční směr.
Vrchol 1710 cm-1 byl pozorován pro čistý prášek PAA. Když byl polyakrylamid sestaven do filmů s různými CES, vrcholy HEC/PAA, MC/PAA a MPC/PAA byly umístěny na 1718 cm-1, 1720 cm-1 a 1724 cm-1. Ve srovnání s čistým práškem PAA se délky píku filmů HPC/PAA, MC/PAA a HEC/PAA posunuly o 14, 10 a 8 cm - 1. Vodíková vazba mezi etherem kyslíkem a COOH přerušuje vodíkovou vazbu mezi skupinami COOH. Čím více vodíkových vazeb se vytvořilo mezi PAA a CE, tím větší je pík posun CE/PAA v IR spektrech. HPC má nejvyšší stupeň komplexace vodíkové vazby, PAA a MC jsou uprostřed a HEC je nejnižší.
Růstové chování kompozitních filmů PAA a CES:
Chování formování filmu PAA a CES během sestavy LBL bylo zkoumáno pomocí QCM a spektrální interferometrie. QCM je účinný pro monitorování růstu filmu in situ během prvních několika cyklů montáže. Spektrální interferometry jsou vhodné pro filmy pěstované během 10 cyklů.
Film HEC/PAA vykazoval lineární růst během procesu sestavení LBL, zatímco filmy MC/PAA a HPC/PAA vykazovaly exponenciální růst v raných stádiích sestavení a poté se transformovaly v lineární růst. V oblasti lineárního růstu, čím vyšší je stupeň komplexace, tím větší je růst tloušťky na cyklus montáže.
Vliv pH roztoku na růst filmu:
Hodnota pH roztoku ovlivňuje růst polymerního kompozitního filmu vázaného na vodík. Jako slabý polyelektrolyt bude PAA ionizován a negativně nabitý se zvyšováním pH roztoku, čímž se inhibuje asociaci vodíkové vazby. Když stupeň ionizace PAA dosáhl určité úrovně, PAA se nemohla sestavit do filmu s akceptory vodíkové vazby v LBL.
Tloušťka filmu se snížila se zvýšením pH roztoku a tloušťka filmu se náhle snížila při pH2,5 HPC/PAA a pH3,0-3,5 HPC/PAA. Kritickým bodem HPC/PAA je asi pH 3,5, zatímco bod HEC/PAA je asi 3,0. To znamená, že když je pH roztoku sestavy vyšší než 3,5, nelze vytvořit film HPC/PAA a když je pH roztoku vyšší než 3,0, nelze vytvořit film HEC/PAA. V důsledku vyššího stupně komplexace hydrogenní vazby membrány HPC/PAA je kritická hodnota pH membrány HPC/PAA vyšší než hodnota membrány HEC/PAA. V roztoku bez soli byly kritické hodnoty pH komplexů vytvořených HEC/PAA, MC/PAA a HPC/PAA asi 2,9, 3,2 a 3,7. Kritické pH HPC/PAA je vyšší než pH HEC/PAA, což je v souladu s pH LBL membrány.
Absorpční výkon vody membrány CE/ PAA:
CES je bohatý na hydroxylové skupiny, takže má dobrou absorpci vody a zadržování vody. Jako příklad užívání membrány HEC/PAA byla studována adsorpční kapacita membrány CE/PAA na vodu na vodu v životním prostředí. Filmová tloušťka se charakterizovaná spektrální interferometrií zvyšuje, když film absorbuje vodu. Byl umístěn do prostředí s nastavitelnou vlhkostí při 25 ° C po dobu 24 hodin, aby se dosáhlo rovnováhy absorpce vody. Filmy byly sušeny ve vakuové peci (40 ° C) po dobu 24 hodin, aby se zcela odstranila vlhkost.
Jak se vlhkost zvyšuje, film zhoustne. V oblasti nízké vlhkosti 30%-50%je růst tloušťky relativně pomalý. Když vlhkost přesáhne 50%, tloušťka rychle roste. Ve srovnání s membránou HEC/PAA ve srovnání s membránou HEC/PAA může absorbovat více vody z životního prostředí. Za podmínky relativní vlhkosti 70%(25 ° C) je zahušťovací rozsah filmu PVPON/PAA asi 4%, zatímco u filmu HEC/PAA je až asi 18%. Výsledky ukázaly, že ačkoli se na tvorbě vodíkových vazeb podílelo určité množství skupin OH v systému HEC/PAA, stále došlo k značnému počtu skupin OH interagujících s vodou v prostředí. Proto má systém HEC/PAA dobré vlastnosti absorpce vody.
na závěr
(1) Systém HPC/PAA s nejvyšším stupněm CE a PAA má nejrychlejší růst, MC/PAA je uprostřed a HEC/PAA je nejnižší.
(2) Film HEC/PAA vykazoval režim lineárního růstu během procesu přípravy, zatímco další dva filmy MC/PAA a HPC/PAA vykazovaly exponenciální růst v prvních několika cyklech a poté se transformovaly do lineárního růstového režimu.
(3) Růst filmu CE/PAA má silnou závislost na pH roztoku. Když je pH roztoku vyšší než jeho kritický bod, PAA a CE se nemohou sestavit do filmu. Shromážděná membrána CE/PAA byla rozpustná u roztoků s vysokým pH.
(4) Vzhledem k tomu, že film CE/PAA je bohatý na OH a COOH, je tepelné zpracování zesíťováno. Membrána CE/PAA zesítěná má dobrou stabilitu a je nerozpustná v roztocích s vysokým pH.
(5) Film CE/PAA má dobrou adsorpční kapacitu pro vodu v životním prostředí.
Čas příspěvku: únor 18-2023