Antecedentes de investigación
Como recurso natural, abundante e renovable, a celulosa atopa grandes retos en aplicacións prácticas debido ás súas propiedades de solubilidade non fundidas e limitadas. Os enlaces de alta cristalinidade e hidróxeno de alta densidade na estrutura da celulosa fan que se degrada pero non se derrete durante o proceso de posesión e insoluble na auga e na maioría dos disolventes orgánicos. Os seus derivados son producidos pola esterificación e eterificación dos grupos hidroxilo nas unidades de anhidroglucosa na cadea de polímeros e presentarán algunhas propiedades diferentes en comparación coa celulosa natural. A reacción de eterificación da celulosa pode xerar moitos éteres de celulosa soluble en auga, como a metiloz (MC), a celulosa hidroxietil (HEC) e a hidroxipropil celulosa (HPC), que son moi utilizadas en alimentos, cosméticos, en farmacéuticos e medicamentos. CE soluble en auga pode formar polímeros unidos a hidróxeno con ácidos policarboxílicos e polifenois.
O conxunto de capas por capa (LBL) é un método eficaz para preparar películas finas compostas de polímero. O seguinte describe principalmente o conxunto LBL de tres CEs diferentes de HEC, MC e HPC con PAA, compara o seu comportamento de montaxe e analiza a influencia de substituíntes na montaxe LBL. Investiga o efecto do pH sobre o grosor da película e as diferentes diferenzas de pH na formación e disolución de películas e desenvolven as propiedades de absorción de auga de CE/PAA.
Materiais experimentais:
Ácido poliacrílico (PAA, MW = 450.000). A viscosidade do 2wt.% Solución acuosa de hidroxietilcelulosa (HEC) é de 300 MPa · S, e o grao de substitución é de 2,5. Metilcelulosa (MC, unha solución acuosa do 2wt. Cunha viscosidade de 400 MPa · s e un grao de substitución de 1,8). A hidroxipropil celulosa (HPC, unha solución acuosa do 2wt% cunha viscosidade de 400 MPa · s e un grao de substitución de 2,5).
Preparación do filme:
Preparado por montaxe de capa de cristal líquido en silicio a 25 ° C. O método de tratamento da matriz de diapositivas é o seguinte: empapar en solución ácida (H2SO4/H2O2, 7/3vol/vol) durante 30 minutos, logo enxágüe con auga desionizada varias veces ata que o pH se volva neutral e finalmente se seca con nitróxeno puro. A montaxe LBL realízase mediante maquinaria automática. O substrato foi empapado alternativamente en solución CE (0,2 mg/ml) e solución PAA (0,2 mg/ml), cada solución foi empapada durante 4 min. Realizáronse tres empapados de aclarado de 1 min cada un en auga desionizada entre cada solución que se empapou para eliminar o polímero con unión. Os valores de pH da solución de montaxe e da solución de aclarado axustáronse a pH 2.0. As películas preparadas denomínanse como (CE/PAA) N, onde N denota o ciclo de montaxe. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 e (HPC/PAA) 30 preparáronse principalmente.
Caracterización do filme:
Os espectros de reflexión case normais rexistráronse e analizáronse con óptica oceánica Nanocalc-XR, e medíase o grosor das películas depositadas no silicio. Cun substrato de silicio en branco como fondo, o espectro FT-IR da película fina no substrato de silicio foi recollido nun espectrómetro de infravermello Nicolet 8700.
Interaccións de enlace de hidróxeno entre PAA e CES:
Asemblea de HEC, MC e HPC con PAA en películas LBL. Na figura móstranse os espectros infravermellos de HEC/PAA, MC/PAA e HPC/PAA. Os fortes sinais IR de PAA e CES pódense observar claramente nos espectros IR de HEC/PAA, MC/PAA e HPC/PAA. A espectroscopia FT-IR pode analizar a complexación de enlaces de hidróxeno entre PAA e CES mediante o control do cambio de bandas de absorción características. A unión de hidróxeno entre CES e PAA prodúcese principalmente entre o osíxeno hidroxilo de CES e o grupo COOH de PAA. Despois de que se forme o enlace de hidróxeno, o pico de estiramento cambia á dirección de baixa frecuencia.
Observouse un pico de 1710 cm-1 para o po PAA puro. Cando a poliacrilamida foi montada en películas con diferentes CES, os picos de películas HEC/PAA, MC/PAA e MPC/PAA situáronse a 1718 cm-1, 1720 cm-1 e 1724 cm-1, respectivamente. En comparación co po PAA puro, as lonxitudes de pico de películas HPC/PAA, MC/PAA e HEC/PAA cambiaron por 14, 10 e 8 cm - 1, respectivamente. O enlace de hidróxeno entre o osíxeno éter e o COOH interrompe o enlace de hidróxeno entre os grupos COOH. Canto máis enlaces de hidróxeno se formen entre PAA e CE, maior será o cambio máximo de CE/PAA en espectros IR. O HPC ten o maior grao de complexación de enlaces de hidróxeno, PAA e MC están no medio, e HEC é o máis baixo.
Comportamento de crecemento de películas compostas de PAA e CES:
Investigouse o comportamento formador de películas de PAA e CES durante a montaxe LBL mediante QCM e interferometría espectral. O QCM é eficaz para controlar o crecemento da película in situ durante os primeiros ciclos de montaxe. Os interferómetros espectrais son adecuados para películas cultivadas en 10 ciclos.
A película HEC/PAA mostrou un crecemento lineal ao longo do proceso de montaxe LBL, mentres que as películas MC/PAA e HPC/PAA mostraron un crecemento exponencial nas primeiras etapas da montaxe e logo transformouse nun crecemento lineal. Na rexión de crecemento lineal, canto maior sexa o grao de complexación, maior será o crecemento do grosor por ciclo de montaxe.
Efecto do pH da solución sobre o crecemento do filme:
O valor de pH da solución afecta ao crecemento da película composta de polímeros unidos por hidróxeno. Como polielectrolito débil, PAA será ionizado e cargado negativamente a medida que aumenta o pH da solución, inhibindo así a asociación de enlaces de hidróxeno. Cando o grao de ionización de PAA alcanzou un certo nivel, PAA non puido montar nunha película con aceptores de enlaces de hidróxeno en LBL.
O grosor da película diminuíu co aumento do pH da solución e o grosor da película diminuíu de súpeto a pH2,5 CV/PAA e PH3.0-3,5 CV/PAA. O punto crítico de HPC/PAA é aproximadamente de pH 3,5, mentres que o de HEC/PAA é de aproximadamente 3,0. Isto significa que cando o pH da solución de montaxe é superior a 3,5, a película HPC/PAA non se pode formar e cando o pH da solución é superior a 3,0, a película HEC/PAA non se pode formar. Debido ao maior grao de complexación de enlaces de hidróxeno da membrana HPC/PAA, o valor de pH crítico da membrana HPC/PAA é superior ao da membrana HEC/PAA. En solución sen sal, os valores de pH críticos dos complexos formados por HEC/PAA, MC/PAA e HPC/PAA foron aproximadamente 2,9, 3,2 e 3,7, respectivamente. O pH crítico de HPC/PAA é superior ao de HEC/PAA, o que é consistente co da membrana LBL.
Rendemento de absorción de auga da membrana CE/ PAA:
O CES é rico en grupos hidroxilo para que teña boa absorción de auga e retención de auga. Tomando como exemplo a membrana HEC/PAA, estudouse a capacidade de adsorción da membrana CE/PAA ligada a hidróxeno á auga no ambiente. Caracterizado pola interferometría espectral, o grosor da película aumenta a medida que a película absorbe a auga. Colocouse nun ambiente con humidade axustable a 25 ° C durante 24 horas para lograr o equilibrio de absorción de auga. As películas secáronse nun forno ao baleiro (40 ° C) durante 24 h para eliminar completamente a humidade.
A medida que a humidade aumenta, a película engrosa. Na superficie de baixa humidade do 30%-50%, o crecemento do grosor é relativamente lento. Cando a humidade supera o 50%, o grosor crece rapidamente. En comparación coa membrana PVPON/PAA unida a hidróxeno, a membrana HEC/PAA pode absorber máis auga do ambiente. Baixo a condición de humidade relativa do 70%(25 ° C), o rango de engrosamento da película PVPON/PAA é de aproximadamente o 4%, mentres que o da película HEC/PAA é de aproximadamente o 18%. Os resultados demostraron que, aínda que unha certa cantidade de grupos OH no sistema HEC/PAA participaron na formación de enlaces de hidróxeno, aínda había un número considerable de grupos OH que interactúan coa auga no ambiente. Polo tanto, o sistema HEC/PAA ten boas propiedades de absorción de auga.
en conclusión
(1) O sistema HPC/PAA con maior grao de unión de hidróxeno de CE e PAA ten o crecemento máis rápido entre eles, MC/PAA está no medio e HEC/PAA é o máis baixo.
(2) A película HEC/PAA mostrou un modo de crecemento lineal durante todo o proceso de preparación, mentres que as outras dúas películas MC/PAA e HPC/PAA mostraron un crecemento exponencial nos primeiros ciclos e logo transformouse nun modo de crecemento lineal.
(3) O crecemento da película CE/PAA ten unha forte dependencia do pH da solución. Cando o pH da solución é superior ao seu punto crítico, PAA e CE non poden montar nunha película. A membrana CE/PAA ensamblada foi soluble en solucións de alto pH.
(4) Dado que a película CE/PAA é rica en OH e COOH, o tratamento térmico faino reticulado. A membrana CE/PAA reticulada ten unha boa estabilidade e é insoluble en solucións de alto pH.
(5) A película CE/PAA ten unha boa capacidade de adsorción para a auga no ambiente.
Tempo post: FEB-18-2023