סרט קישור מימן אתר/חומצה פוליאקרילית

רקע מחקר

כמשאב טבעי, שופע ומתחדש, תאית נתקלת באתגרים גדולים ביישומים מעשיים בגלל תכונותיו המסיסות הלא-ממריכות ומוגבלות. הגבישות הגבוהה וקשרי מימן בצפיפות גבוהה במבנה התאית גורמים לה להתפוגג אך לא להמיס במהלך תהליך החזקה, ולא מסיסים במים ובכי ממסים אורגניים. הנגזרות שלהם מיוצרות על ידי האסיפה וההתחלה של קבוצות ההידרוקסיל על יחידות האנהידרוגלוקוז בשרשרת הפולימר, ויציגו כמה תכונות שונות בהשוואה לתאית טבעית. תגובת האתינה של התאית יכולה לייצר אתרים רבים של תאית מסיסים במים, כמו מתיל תאית (MC), תאית הידרוקסיאתיל (HEC) והידרוקסיפרופיל תאית (HPC), הנמצאים בשימוש נרחב במזון, קוסמטיקה, בתרופות ורפואה. CE-מסיסים במים יכולים ליצור פולימרים קשורים למימן עם חומצות פוליקרבוקסיליות ופוליפנולים.

הרכבה לשכבה-שכבה (LBL) היא שיטה יעילה להכנת סרטים דקים מורכבים של פולימר. להלן מתארת ​​בעיקר את מכלול ה- LBL של שלושה CEs שונים של HEC, MC ו- HPC עם PAA, משווה את התנהגות ההרכבה שלהם ומנתחת את השפעתם של תחליפים על הרכבת LBL. בדוק את ההשפעה של pH על עובי הסרט, ואת ההבדלים השונים של pH על היווצרות ופירוק הסרטים, ופיתוח תכונות ספיגת המים של CE/PAA.

חומרים ניסיוניים:

חומצה פוליאקרילית (PAA, MW = 450,000). הצמיגות של תמיסה מימית של 2WT. Methylcellulose (MC, תמיסה מימית של 2wt.% עם צמיגות של 400 מגה -ספינט ומידת החלפה של 1.8). תאית הידרוקסיפרופיל (HPC, תמיסה מימית של 2WT.% עם צמיגות של 400 MPa · S ומידת החלפה של 2.5).

הכנת סרטים:

הוכן על ידי מכלול שכבת גביש נוזלי על סיליקון ב 25 מעלות צלזיוס. שיטת הטיפול של מטריצת השקופיות היא כדלקמן: להשרות בתמיסה חומצית (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/Vol) למשך 30 דקות, ואז שוטפים במים מיונים מספר פעמים עד שה- pH הופך לניטרלי, ולבסוף יבש עם חנקן טהור. הרכבת LBL מבוצעת באמצעות מכונות אוטומטיות. המצע היה ספוג לסירוגין בתמיסת CE (0.2 מ"ג/מ"ל) ותמיסת PAA (0.2 מ"ג/מ"ל), כל פיתרון היה ספוג במשך 4 דקות. שלושה ספיגה של שטיפה של דקה אחת כל אחד במים מיונים בוצעו בין כל תמיסה להשרות כדי להסיר פולימר צמוד באופן רופף. ערכי ה- pH של תמיסת ההרכבה ופתרון השטיפה הותאמו שניהם ל- pH 2.0. הסרטים שהוכנו כמצוינים כ- (CE/PAA) N, שם N מציין את מחזור ההרכבה. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 ו- (HPC/PAA) 30 הוכנו בעיקר.

אפיון סרטים:

ספקטרום ההשתקפות כמעט נורמלי נרשם ונותחו באמצעות אופטיקה של ננווקלק-XR אוקיינוס, ועובי הסרטים שהופקדו על סיליקון נמדד. עם מצע סיליקון ריק כרקע, נאסף ספקטרום ה- FT-IR של הסרט הדק על מצע הסיליקון בספקטרומטר אינפרא אדום של ניקולט 8700.

אינטראקציות של קשר מימן בין PAA ל- CES:

הרכבת HEC, MC ו- HPC עם PAA לסרטי LBL. הספקטרום האינפרא אדום של HEC/PAA, MC/PAA ו- HPC/PAA מוצג באיור. ניתן לראות בבירור את אותות ה- IR החזקים של PAA ו- CES בספקטרום ה- IR של HEC/PAA, MC/PAA ו- HPC/PAA. ספקטרוסקופיה של FT-IR יכולה לנתח את מורכבות קשר המימן בין PAA ל- CES על ידי מעקב אחר המעבר של רצועות ספיגה אופייניות. קשירת המימן בין CES ל- PAA מתרחשת בעיקר בין החמצן ההידרוקסיל של CES לקבוצת COOH של PAA. לאחר יצירת קשר המימן, שיא המתיחה אדום עובר לכיוון התדר הנמוך.

שיא של 1710 ס"מ -1 נצפה באבקת PAA טהורה. כאשר הורכב פוליאקרילאמיד לסרטים עם CES שונים, פסגות סרטי HEC/PAA, MC/PAA ו- MPC/PAA היו ממוקמים על 1718 ס"מ -1, 1720 ס"מ -1 ו- 1724 ס"מ -1, בהתאמה. בהשוואה לאבקת PAA טהורה, אורכי השיא של סרטי HPC/PAA, MC/PAA ו- HEC/PAA הועברו על ידי 14, 10 ו 8 ס"מ -1, בהתאמה. קשר המימן בין החמצן האתרי ל- COOH קוטע את קשר המימן בין קבוצות COOH. ככל שנוצרו קשרי מימן יותר בין PAA ל- CE, כך גדל המעבר השיא של CE/PAA בספקטרום IR. ל- HPC יש את המידה הגבוהה ביותר של מורכבות קשר מימן, PAA ו- MC נמצאים באמצע, ו- HEC הוא הנמוך ביותר.

התנהגות צמיחה של סרטים מורכבים של PAA ו- CES:

ההתנהגות היוצרת את הסרטים של PAA ו- CES במהלך הרכבת LBL נחקרה באמצעות QCM ואינטרפרומטריה ספקטרלית. QCM יעיל לניטור צמיחת הסרטים באתרו במהלך מחזורי ההרכבה הראשונים. אינטרפרומטרים ספקטרליים מתאימים לסרטים הגדלים מעל 10 מחזורים.

סרט HEC/PAA הראה צמיחה ליניארית לאורך כל תהליך ההרכבה של LBL, ואילו סרטי MC/PAA ו- HPC/PAA הראו צמיחה מעריכית בשלבי ההרכבה המוקדמים ואז הפכו לצמיחה ליניארית. באזור הצמיחה הליניארית, ככל שמידת המורכבות גבוהה יותר, כך צמיחת העובי גבוהה יותר לכל מחזור הרכבה.

השפעת pH פתרונות על צמיחת הסרטים:

ערך ה- pH של הפיתרון משפיע על צמיחת הסרט המורכב הפולימר הקשור למימן. כפוליאלקטרוליט חלש, PAA תינון ויטען באופן שלילי ככל ש- pH של התמיסה יגדל, ובכך יעכב את הקשר של קשר מימן. כאשר מידת היינון של PAA הגיעה לרמה מסוימת, PAA לא יכול היה להתאסף לסרט עם מקבלי קשר מימן ב- LBL.

עובי הסרט פחת עם עליית ה- pH של הפתרונות, ועובי הסרט פחת לפתע ב- PH2.5 HPC/PAA ו- PH3.0-3.5 HPC/PAA. הנקודה הקריטית של HPC/PAA היא בערך pH 3.5, ואילו זו של HEC/PAA היא בערך 3.0. המשמעות היא שכאשר ה- pH של פיתרון ההרכבה גבוה מ- 3.5, לא ניתן ליצור את סרט HPC/PAA, וכאשר ה- pH של הפיתרון גבוה מ- 3.0, לא ניתן ליצור את סרט HEC/PAA. בשל המידה הגבוהה יותר של מורכבות קשר מימן של קרום HPC/PAA, ערך ה- pH הקריטי של קרום HPC/PAA גבוה יותר מזה של קרום HEC/PAA. בתמיסה נטולת מלח, ערכי ה- pH הקריטיים של המתחמים שנוצרו על ידי HEC/PAA, MC/PAA ו- HPC/PAA היו בערך 2.9, 3.2 ו- 3.7, בהתאמה. ה- pH הקריטי של HPC/PAA גבוה יותר מזה של HEC/PAA, התואם את זה של קרום LBL.

ביצועי ספיגת מים של קרום CE/ PAA:

CES עשירה בקבוצות הידרוקסיל כך שיש לה ספיגת מים טובה ושמירת מים. נטילת קרום HEC/PAA כדוגמה, נבדקה יכולת הספיחה של קרום CE/PAA עם מימן למימן למים בסביבה. עובי הסרט מאופיין על ידי אינטרפרומטריה ספקטרלית, עובי הסרט גדל ככל שהסרט סופג מים. הוא הונח בסביבה עם לחות מתכווננת ב 25 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות כדי להשיג שיווי משקל של ספיגת מים. הסרטים יובשו בתנור ואקום (40 מעלות צלזיוס) למשך 24 שעות כדי להסיר לחלוטין את הלחות.

ככל שהלחות עולה, הסרט מתעבה. בשטח הלחות הנמוך של 30%-50%, גידול העובי איטי יחסית. כאשר הלחות עולה על 50%, העובי גדל במהירות. בהשוואה לקרום ה- PVPON/PAA הקשור למימן, קרום HEC/PAA יכול לספוג יותר מים מהסביבה. בתנאי לחות יחסית של 70%(25 מעלות צלזיוס), טווח העיבוי של סרט PVPON/PAA הוא כ -4%, ואילו הסרט של HEC/PAA גבוה כמו בערך 18%. התוצאות הראו שלמרות שכמות מסוימת של קבוצות OH במערכת HEC/PAA השתתפה בהיווצרות קשרי מימן, עדיין היו מספר לא מבוטל של קבוצות OH שהתקיימו עם מים בסביבה. לפיכך, למערכת HEC/PAA יש תכונות ספיגת מים טובות.

לסיכום

(1) מערכת HPC/PAA עם מידת מליטה מימן גבוהה ביותר של CE ו- PAA היא בעלת הצמיחה המהירה ביותר ביניהם, MC/PAA נמצא באמצע, ו- HEC/PAA הוא הנמוך ביותר.

(2) סרט HEC/PAA הראה מצב צמיחה ליניארי לאורך כל תהליך ההכנה, ואילו שני הסרטים האחרים MC/PAA ו- HPC/PAA הראו צמיחה מעריכית במחזורים הראשונים, ואז הפכו למצב גידול לינארי.

(3) לצמיחה של סרט CE/PAA יש תלות חזקה בפתרון pH. כאשר pH של הפיתרון גבוה יותר מהנקודה הקריטית שלו, PAA ו- CE לא יכולים להרכיב לסרט. קרום CE/PAA המורכב היה מסיס בפתרונות pH גבוהים.

(4) מכיוון שסרט CE/PAA עשיר ב- OH ו- COOH, טיפול בחום הופך אותו לקשור צולב. קרום CE/PAA המקושר לחוצה יש יציבות טובה והוא אינו מסיס בפתרונות pH גבוהים.

(5) לסרט CE/PAA יכולת ספיחה טובה למים בסביבה.