Latar Belakang Penelitian
Sebagai sumber daya yang alami, berlimpah dan terbarukan, selulosa menghadapi tantangan besar dalam aplikasi praktis karena sifat kelarutannya yang tidak meleleh dan terbatas. Ikatan hidrogen kristalinitas dan kepadatan tinggi dalam struktur selulosa membuatnya terdegradasi tetapi tidak meleleh selama proses kepemilikan, dan tidak larut dalam air dan sebagian besar pelarut organik. Turunannya diproduksi oleh esterifikasi dan eterifikasi gugus hidroksil pada unit anhydroglucose dalam rantai polimer, dan akan menunjukkan beberapa sifat yang berbeda dibandingkan dengan selulosa alami. Reaksi eterifikasi selulosa dapat menghasilkan banyak eter selulosa yang larut dalam air, seperti metil selulosa (MC), hidroksietil selulosa (HEC) dan hidroksipropil selulosa (HPC), yang banyak digunakan dalam makanan, kosmetik, dalam obat-obatan dan kedokteran. CE yang larut dalam air dapat membentuk polimer yang terikat hidrogen dengan asam polikarboksilat dan polifenol.
Lapisan demi lapis perakitan (LBL) adalah metode yang efektif untuk menyiapkan film tipis komposit polimer. Berikut ini terutama menggambarkan perakitan LBL dari tiga CE HEC, MC dan HPC yang berbeda dengan PAA, membandingkan perilaku perakitan mereka, dan menganalisis pengaruh substituen pada perakitan LBL. Selidiki efek pH pada ketebalan film, dan perbedaan pH yang berbeda pada pembentukan film dan pembubaran, dan mengembangkan sifat penyerapan air CE/PAA.
Bahan Eksperimental:
Asam poliakrilat (PAA, MW = 450.000). Viskositas 2wt.% Solusi berair hidroksietilselulosa (HEC) adalah 300 MPa · S, dan tingkat substitusi adalah 2,5. Methylcellulose (MC, solusi air 2wt.% Dengan viskositas 400 MPa · S dan derajat substitusi 1,8). Hydroxypropyl cellulose (HPC, 2wt.% Solusi berair dengan viskositas 400 MPa · S dan derajat substitusi 2,5).
Persiapan Film:
Disiapkan dengan unit lapisan kristal cair pada silikon pada 25 ° C. Metode perawatan matriks slide adalah sebagai berikut: rendam dalam larutan asam (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/vol) selama 30 menit, kemudian bilas dengan air deionisasi beberapa kali sampai pH menjadi netral, dan akhirnya kering dengan nitrogen murni. Perakitan LBL dilakukan dengan menggunakan mesin otomatis. Substrat secara bergantian direndam dalam larutan CE (0,2 mg/mL) dan larutan PAA (0,2 mg/mL), setiap solusi direndam selama 4 menit. Tiga bilas rendam masing -masing 1 menit dalam air deionisasi dilakukan antara setiap larutan rendam untuk menghilangkan polimer yang longgar. Nilai pH dari solusi perakitan dan solusi pembilasan keduanya disesuaikan dengan pH 2.0. Film-film yang disiapkan dilambangkan sebagai (CE/PAA) N, di mana N menunjukkan siklus perakitan. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 dan (HPC/PAA) 30 terutama disiapkan.
Karakterisasi Film:
Spektrum reflektansi yang hampir normal direkam dan dianalisis dengan optik laut nanocalc-XR, dan ketebalan film yang diendapkan pada silikon diukur. Dengan substrat silikon kosong sebagai latar belakang, spektrum FT-IR dari film tipis pada substrat silikon dikumpulkan pada spektrometer inframerah Nicolet 8700.
Interaksi ikatan hidrogen antara PAA dan CES:
Perakitan HEC, MC dan HPC dengan PAA ke dalam film LBL. Spektrum inframerah HEC/PAA, MC/PAA dan HPC/PAA ditunjukkan pada gambar. Sinyal IR yang kuat dari PAA dan CES dapat diamati dengan jelas dalam spektrum IR HEC/PAA, MC/PAA dan HPC/PAA. Spektroskopi FT-IR dapat menganalisis kompleksasi ikatan hidrogen antara PAA dan CES dengan memantau pergeseran pita penyerapan karakteristik. Ikatan hidrogen antara CES dan PAA terutama terjadi antara oksigen hidroksil CES dan gugus COOH PAA. Setelah ikatan hidrogen terbentuk, puncak peregangan merah bergeser ke arah frekuensi rendah.
Puncak 1710 cm-1 diamati untuk bubuk PAA murni. Ketika poliakrilamida dikumpulkan menjadi film-film dengan CES yang berbeda, puncak film HEC/PAA, MC/PAA dan MPC/PAA terletak pada 1718 cm-1, 1720 cm-1 dan 1724 cm-1, masing-masing. Dibandingkan dengan bubuk PAA murni, panjang puncak film HPC/PAA, MC/PAA dan HEC/PAA masing -masing bergeser dengan 14, 10 dan 8 cm - 1. Ikatan hidrogen antara oksigen eter dan COOH mengganggu ikatan hidrogen antara gugus COOH. Semakin banyak ikatan hidrogen yang terbentuk antara PAA dan CE, semakin besar pergeseran puncak CE/PAA dalam spektrum IR. HPC memiliki tingkat kompleksasi ikatan hidrogen tertinggi, PAA dan MC berada di tengah, dan HEC adalah yang terendah.
Perilaku Pertumbuhan Film Komposit PAA dan CES:
Perilaku pembentukan film PAA dan CES selama perakitan LBL diselidiki menggunakan QCM dan interferometri spektral. QCM efektif untuk memantau pertumbuhan film di situ selama beberapa siklus perakitan pertama. Interferometer spektral cocok untuk film yang tumbuh lebih dari 10 siklus.
Film HEC/PAA menunjukkan pertumbuhan linier di seluruh proses perakitan LBL, sementara film MC/PAA dan HPC/PAA menunjukkan pertumbuhan eksponensial pada tahap awal perakitan dan kemudian berubah menjadi pertumbuhan linier. Di daerah pertumbuhan linier, semakin tinggi tingkat kompleksasi, semakin besar pertumbuhan ketebalan per siklus perakitan.
Pengaruh Solusi PH pada Pertumbuhan Film:
Nilai pH larutan mempengaruhi pertumbuhan film komposit polimer berikat hidrogen. Sebagai polyelectrolyte yang lemah, PAA akan terionisasi dan bermuatan negatif ketika pH larutan meningkat, sehingga menghambat hubungan ikatan hidrogen. Ketika tingkat ionisasi PAA mencapai tingkat tertentu, PAA tidak dapat berkumpul menjadi film dengan akseptor ikatan hidrogen di LBL.
Ketebalan film menurun dengan meningkatnya larutan pH, dan ketebalan film menurun tiba-tiba pada pH2.5 hpc/paa dan ph3.0-3.5 hpc/paa. Titik kritis HPC/PAA adalah sekitar pH 3,5, sedangkan HEC/PAA adalah sekitar 3,0. Ini berarti bahwa ketika pH solusi perakitan lebih tinggi dari 3,5, film HPC/PAA tidak dapat dibentuk, dan ketika pH solusi lebih tinggi dari 3.0, film HEC/PAA tidak dapat dibentuk. Karena tingkat kompleksasi ikatan hidrogen yang lebih tinggi dari membran HPC/PAA, nilai pH kritis membran HPC/PAA lebih tinggi daripada membran HEC/PAA. Dalam larutan bebas garam, nilai pH kritis kompleks yang dibentuk oleh HEC/PAA, MC/PAA dan HPC/PAA masing-masing sekitar 2,9, 3,2 dan 3,7. PH kritis HPC/PAA lebih tinggi daripada HEC/PAA, yang konsisten dengan membran LBL.
Kinerja penyerapan air membran CE/ PAA:
CES kaya akan gugus hidroksil sehingga memiliki penyerapan air yang baik dan retensi air. Mengambil membran HEC/PAA sebagai contoh, kapasitas adsorpsi membran CE/PAA yang terikat hidrogen ke air di lingkungan dipelajari. Ditandai dengan interferometri spektral, ketebalan film meningkat saat film menyerap air. Itu ditempatkan di lingkungan dengan kelembaban yang dapat disesuaikan pada 25 ° C selama 24 jam untuk mencapai keseimbangan penyerapan air. Film -film dikeringkan dalam oven vakum (40 ° C) selama 24 jam untuk sepenuhnya menghilangkan kelembaban.
Ketika kelembaban meningkat, film ini mengental. Di area kelembaban rendah 30%-50%, pertumbuhan ketebalan relatif lambat. Ketika kelembaban melebihi 50%, ketebalan tumbuh dengan cepat. Dibandingkan dengan membran PVPON/PAA yang terikat hidrogen, membran HEC/PAA dapat menyerap lebih banyak air dari lingkungan. Di bawah kondisi kelembaban relatif 70%(25 ° C), kisaran penebalan film PVPON/PAA adalah sekitar 4%, sedangkan film HEC/PAA setinggi sekitar 18%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa meskipun sejumlah kelompok OH dalam sistem HEC/PAA berpartisipasi dalam pembentukan ikatan hidrogen, masih ada sejumlah besar kelompok OH yang berinteraksi dengan air di lingkungan. Oleh karena itu, sistem HEC/PAA memiliki sifat penyerapan air yang baik.
sebagai kesimpulan
(1) Sistem HPC/PAA dengan tingkat ikatan hidrogen tertinggi CE dan PAA memiliki pertumbuhan tercepat di antara mereka, MC/PAA ada di tengah, dan HEC/PAA adalah yang terendah.
(2) Film HEC/PAA menunjukkan mode pertumbuhan linier selama proses persiapan, sedangkan dua film lainnya MC/PAA dan HPC/PAA menunjukkan pertumbuhan eksponensial dalam beberapa siklus pertama, dan kemudian diubah menjadi mode pertumbuhan linier.
(3) Pertumbuhan film CE/PAA memiliki ketergantungan yang kuat pada pH larutan. Ketika pH larutan lebih tinggi dari titik kritisnya, PAA dan CE tidak dapat berkumpul menjadi film. Membran CE/PAA yang dirakit larut dalam solusi pH tinggi.
(4) Karena film CE/PAA kaya akan OH dan COOH, perlakuan panas membuatnya saling terkait. Membran CE/PAA yang terkait silang memiliki stabilitas yang baik dan tidak larut dalam solusi pH tinggi.
(5) Film CE/PAA memiliki kapasitas adsorpsi yang baik untuk air di lingkungan.
Waktu pos: Feb-18-2023