Istraživačka pozadina
Kao prirodni, obilni i obnovljivi resurs, celuloza nailazi na velike izazove u praktičnim primjenama zbog svojih neseljavajućih i ograničenih svojstava topljivosti. Visoka kristalnost i vodikove veze visoke gustoće u strukturi celuloze čine ga degradiranjem, ali ne i rastopljenim tijekom postupka posjedovanja, a netopljivo u vodi i većini organskih otapala. Njihovi derivati nastaju esterifikacijom i eterifikacijom hidroksilnih skupina na anhidroglukoznim jedinicama u polimernom lancu, a pokazat će neka različita svojstva u usporedbi s prirodnom celulozom. Reakcija eterifikacije celuloze može generirati mnoge ettere topljive u vodi, poput metil celuloze (MC), hidroksietil celuloze (HEC) i hidroksipropil celuloze (HPC), koji se široko koriste u hrani, kozmetici, u farmaceutikama i lijekovima. CE topiv u vodi može tvoriti polimere vezane uz vodik s polikarboksilnim kiselinama i polifenolima.
Sklop sloja po sloju (LBL) učinkovita je metoda za pripremu tankih filmova polimera. Sljedeće uglavnom opisuje sklop LBL -a tri različita CE -a HEC, MC i HPC s PAA, uspoređuje njihovo ponašanje u montaži i analizira utjecaj supstituenata na sastavljanje LBL -a. Istražite učinak pH na debljinu filma i različite razlike pH na stvaranje i otapanje filma i razvijte svojstva apsorpcije vode u CE/PAA.
Eksperimentalni materijali:
Poliakrilna kiselina (PAA, MW = 450 000). Viskoznost 2WT.% Vodene otopine hidroksietilceluloze (HEC) iznosi 300 MPa · s, a stupanj supstitucije 2,5. Metilceluloza (MC, 2WT.% Vodena otopina s viskoznošću od 400 MPa · s i stupnjem supstitucije od 1,8). Hidroksipropil celuloza (HPC, 2WT.% Vodena otopina s viskoznošću od 400 MPa · s i stupnjem supstitucije od 2,5).
Priprema filma:
Pripremljen sklop tekućeg kristalnog sloja na siliciju na 25 ° C. Metoda liječenja klizačke matrice je sljedeća: natapajte se u kiseloj otopini (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/vol) tijekom 30 minuta, a zatim nekoliko puta isperite deioniziranom vodom dok pH ne postane neutralan i konačno se osuši čistim dušikom. LBL sklop se izvodi pomoću automatskih strojeva. Supstrat je naizmjenično natopljen u otopini CE (0,2 mg/ml) i PAA otopini (0,2 mg/ml), svaka je otopina natopljena 4 min. Izvršena su tri natapanja za ispiranje od 1 min u deioniziranoj vodi između svake otopine natopite kako bi se uklonili lagano pričvršćeni polimer. PH vrijednosti montažne otopine i otopine ispiranja prilagođene su pH 2.0. Filmovi koji su pripremljeni označeni su kao (CE/PAA) N, gdje n označava ciklus montaže. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 i (HPC/PAA) 30 su uglavnom pripremljeni.
Karakterizacija filma:
Zabilježeni su gotovo normalni spektri refleksije i analizirani nanokalc-XR oceanskim optikom, a izmjerena je debljina filmova nanesenih na silicij. S praznim silikonskim supstratom kao pozadinom, FT-IR spektar tankog filma na silicijskom supstratu prikupljen je na Nicolet 8700 infracrvenom spektrometru.
Interakcije vodikove veze između PAA i CES:
Sastavljanje HEC -a, MC -a i HPC -a s PAA u LBL filmove. Na slici su prikazani infracrveni spektri HEC/PAA, MC/PAA i HPC/PAA. Snažni IR signali PAA i CES mogu se jasno primijetiti u IR spektrima HEC/PAA, MC/PAA i HPC/PAA. FT-IR spektroskopija može analizirati kompleksiranje vodikove veze između PAA i CES praćenjem pomaka karakterističnih pojasa apsorpcije. Vezanje vodika između CES i PAA uglavnom se javlja između hidroksilnog kisika CES i COOH skupine PAA. Nakon formiranja vodikove veze, vrh istezanja crvena se premješta u smjer niske frekvencije.
Za čisti PAA prah primijećen je vrh od 1710 cm-1. Kad je poliakrilamid okupljen u filmove s različitim CES-om, vrhovi HEC/PAA, MC/PAA i MPC/PAA filmovi smješteni su na 1718 cm-1, 1720 cm-1 i 1724 cm-1. U usporedbi s čistim PAA prahom, vršne duljine HPC/PAA, MC/PAA i HEC/PAA filmova pomaknule su se za 14, 10 i 8 cm - 1. Vodikova veza između eterskog kisika i COOH prekida vodikove veze između COOH skupina. Što je više vodikovih veza formiralo između PAA i CE, to je veći vršni pomak CE/PAA u IR spektrima. HPC ima najviši stupanj kompleksanja vodikovih veza, PAA i MC su u sredini, a HEC najmanji.
Ponašanje rasta kompozitnih filmova PAA i CES:
Ponašanje Filmskog formiranja PAA i CES tijekom sastavljanja LBL ispitivano je korištenjem QCM i spektralne interferometrije. QCM je učinkovit za praćenje rasta filma in situ tijekom prvih nekoliko ciklusa montaže. Spektralni interferometri prikladni su za filmove uzgajane u 10 ciklusa.
HEC/PAA film pokazao je linearni rast tijekom procesa sastavljanja LBL -a, dok su filmovi MC/PAA i HPC/PAA pokazali eksponencijalni rast u ranim fazama sastavljanja, a zatim su se pretvorili u linearni rast. U području linearnog rasta veći je stupanj složenosti, to je veći rast debljine po ciklusu montaže.
Učinak pH otopine na rast filma:
PH vrijednost otopine utječe na rast kompozitnog filma polimera vezanog za vodik. Kao slab polielektrolit, PAA će se ionizirati i negativno nabijena kako se pH otopine povećava, čime se inhibira povezanost vodikove veze. Kad je stupanj ionizacije PAA dosegao određenu razinu, PAA se nije mogao sastaviti u film s akceptorima vodikovih veza u LBL -u.
Debljina filma smanjivala se s povećanjem pH otopine, a debljina filma naglo se smanjila pri pH2,5 HPC/PAA i PH3.0-3,5 HPC/PAA. Kritična točka HPC/PAA iznosi oko pH 3,5, dok je HEC/PAA oko 3,0. To znači da kada je pH otopine za montažu veći od 3,5, ne može se formirati HPC/PAA film i kada je pH otopine veći od 3,0, ne može se formirati HEC/PAA film. Zbog većeg stupnja kompleksa vodikove veze HPC/PAA membrane, kritična pH vrijednost HPC/PAA membrane veća je od vrijednosti HEC/PAA membrane. U otopini bez soli, kritične pH vrijednosti kompleksa koje su formirali HEC/PAA, MC/PAA i HPC/PAA bile su oko 2,9, 3,2 i 3,7. Kritični pH HPC/PAA veći je od onog HEC/PAA, što je u skladu s onom LBL membrane.
Performanse apsorpcije vode membrane CE/ PAA:
CES je bogat hidroksilnim skupinama tako da ima dobru apsorpciju vode i zadržavanje vode. Uzimajući HEC/PAA membranu kao primjer, proučavana je adsorpcijski kapacitet membrane CE/PAA vezane uz vodik u okoliš. Karakterizirana spektralnom interferometrijom, debljina filma raste kako film apsorbira vodu. Smješten je u okruženje s podesivom vlagom na 25 ° C tijekom 24 sata kako bi se postigla ravnoteža apsorpcije vode. Filmovi su osušeni u vakuumskoj pećnici (40 ° C) tijekom 24 sata kako bi se u potpunosti uklonila vlaga.
Kako se vlaga povećava, film se zgušnjava. U području niske vlage od 30%-50%rast debljine je relativno spor. Kad vlaga prelazi 50%, debljina raste brzo. U usporedbi s PVPON/PAA membranom vezanom za vodik, membrana HEC/PAA može apsorbirati više vode iz okoliša. U stanju relativne vlage od 70%(25 ° C), domet zadebljanja filma PVPON/PAA iznosi oko 4%, dok je film HEC/PAA iznosio oko 18%. Rezultati su pokazali da je, iako je određena količina OH skupina u HEC/PAA sustavu sudjelovala u stvaranju vodikovih veza, još uvijek je postojao znatan broj OH skupina koje su u okolišu u okolini. Stoga HEC/PAA sustav ima dobra svojstva apsorpcije vode.
zaključno
(1) HPC/PAA sustav s najvećim stupnjem povezivanja vodika CE i PAA ima najbrži rast među njima, MC/PAA je u sredini, a HEC/PAA najniži.
(2) HEC/PAA film pokazao je linearni način rasta tijekom cijelog postupka pripreme, dok su druga dva filma MC/PAA i HPC/PAA pokazala eksponencijalni rast u prvih nekoliko ciklusa, a zatim su transformirali u linearni način rasta.
(3) Rast CE/PAA filma ima snažnu ovisnost o pH otopini. Kad je pH otopine veći od kritične točke, PAA i CE se ne mogu sastaviti u film. Sastavljena CE/PAA membrana bila je topiva u otopinama s visokim pH.
(4) Budući da je film CE/PAA bogat OH i COOH, toplinska obrada čini ga umreženim. Umrežena CE/PAA membrana ima dobru stabilnost i netopljiva je u otopinama s visokim pH.
(5) Film CE/PAA ima dobru adsorpcijsku sposobnost za vodu u okolišu.
Post Vrijeme: 8.-2023.