연구 배경
자연스럽고 풍부하며 재생 가능한 자원으로서, 셀룰로오스는 비 멜팅 및 제한된 용해도 특성으로 인해 실제 응용 분야에서 큰 도전을 겪습니다. 셀룰로오스 구조의 높은 결정도 및 고밀도 수소 결합은 보유 과정에서 분해되지만 녹지 않으며 물과 대부분의 유기 용매에 불용성이됩니다. 이들의 유도체는 중합체 사슬의 무수질 글루코스 단위에서 하이드 록실기의 에스테르 화 및 에테르 화에 의해 생성되며, 천연 셀룰로오스와 비교하여 몇 가지 다른 특성을 나타낼 것이다. 셀룰로오스의 에테르 화 반응은 식품, 화장품에 제약 및 의학에서 널리 사용되는 메틸 셀룰로오스 (MC) 및 하이드 록시 프로필 셀룰로오스 (HPC)와 같은 많은 수용성 셀룰로오스 에테르를 생성 할 수있다. 수용성 CE는 폴리 카르 복실 산 및 폴리 페놀을 갖는 수소 결합 중합체를 형성 할 수있다.
층별 조립 (LBL)은 중합체 복합 박막을 제조하는 효과적인 방법이다. 다음은 주로 PAA와 HEC, MC 및 HPC의 3 가지 CES의 LBL 어셈블리를 설명하고 조립 행동을 비교하고 LBL 어셈블리에 대한 치환기의 영향을 분석합니다. 필름 두께에 대한 pH의 효과 및 필름 형성 및 용해에 대한 pH의 상이한 차이를 조사하고 CE/PAA의 수분 흡수 특성을 개발한다.
실험 재료 :
폴리 아크릴산 (PAA, MW = 450,000). 하이드 록시 에틸 셀룰로스 (HEC)의 2wt.% 수용액의 점도는 300 MPa ·이고, 치환 정도는 2.5이다. 메틸 셀룰로스 (MC, 점도가 400 MPa · s의 점도를 갖는 2wt.% 수용액 및 1.8의 대체 정도). 하이드 록시 프로필 셀룰로오스 (HPC, 점도가 400 MPa · s의 점도를 갖는 2wt.% 수용액 및 2.5의 대체도).
영화 준비 :
25 ℃에서 실리콘상에서 액정 층 어셈블리에 의해 제조된다. 슬라이드 매트릭스의 처리 방법은 다음과 같습니다. 산성 용액 (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/vol)에 30 분 동안 담그고, pH가 중성이 될 때까지 여러 번 탈 이온수로 헹구고, 순수한 질소로 건조시킨다. LBL 어셈블리는 자동 기계를 사용하여 수행됩니다. 기판을 CE 용액 (0.2 mg/mL) 및 PAA 용액 (0.2 mg/mL)에 번갈아 가며, 각 용액을 4 분 동안 담 그렸다. 각각의 탈 이온수 중 1 분의 3 분의 린스 담배를 각 용액 사이에 수행하여 느슨하게 부착 된 중합체를 제거 하였다. 어셈블리 용액 및 헹굼 용액의 pH 값을 둘 다 pH 2.0으로 조정 하였다. 준비된 필름은 (CE/PAA) n으로 표시되며, 여기서 N은 조립주기를 나타낸다. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 및 (HPC/PAA) 30을 주로 준비 하였다.
필름 특성화 :
거의 정상 반사 스펙트럼을 기록하고 Nanocalc-XR 해양 광학으로 분석하고, 실리콘 상에 증착 된 필름의 두께를 측정 하였다. 블랭크 실리콘 기판을 배경으로서, 실리콘 기판상의 박막의 FT-IR 스펙트럼을 Nicolet 8700 적외선 분광계에서 수집 하였다.
PAA와 CES 간의 수소 결합 상호 작용 :
LBL 필름으로의 PAA와 HEC, MC 및 HPC의 조립. HEC/PAA, MC/PAA 및 HPC/PAA의 적외선 스펙트럼이 그림에 나와 있습니다. PAA 및 CES의 강력한 IR 신호는 HEC/PAA, MC/PAA 및 HPC/PAA의 IR 스펙트럼에서 명확하게 관찰 될 수 있습니다. FT-IR 분광법은 특성 흡수 대역의 이동을 모니터링함으로써 PAA와 CES 사이의 수소 결합 복합화를 분석 할 수있다. CES와 PAA 사이의 수소 결합은 주로 CES의 하이드 록실 산소와 PAA의 COOH 그룹 사이에서 발생한다. 수소 결합이 형성된 후, 스트레칭 피크 적색은 저주파 방향으로 이동합니다.
순수한 PAA 분말에 대해 1710 cm-1의 피크가 관찰되었다. 폴리 아크릴 아미드를 상이한 CES를 갖는 필름으로 조립했을 때, HEC/PAA, MC/PAA 및 MPC/PAA 필름의 피크는 각각 1718 cm-1, 1720 cm-1 및 1724 cm-1에 위치 하였다. 순수한 PAA 분말과 비교하여, HPC/PAA, MC/PAA 및 HEC/PAA 필름의 피크 길이는 각각 14, 10 및 8 cm -1로 이동시켰다. 에테르 산소와 COOH 사이의 수소 결합은 COOH 그룹 사이의 수소 결합을 방해한다. PAA와 CE 사이에 더 많은 수소 결합이 형성 될수록 IR 스펙트럼에서 CE/PAA의 피크 이동이 더 크다. HPC는 수소 결합 복합도가 가장 높고 PAA와 MC는 중간에 있으며 HEC는 가장 낮습니다.
PAA 및 CES의 복합 필름의 성장 거동 :
LBL 어셈블리 동안 PAA 및 CES의 필름 형성 거동은 QCM 및 스펙트럼 간섭계를 사용하여 조사되었다. QCM은 처음 몇 개의 어셈블리주기 동안 현장에서 필름 성장을 모니터링하는 데 효과적입니다. 스펙트럼 간섭계는 10 사이클에 걸쳐 성장한 필름에 적합합니다.
HEC/PAA 필름은 LBL 어셈블리 공정에서 선형 성장을 보였고, MC/PAA 및 HPC/PAA 필름은 조립 초기 단계에서 지수 성장을 보인 후 선형 성장으로 변형되었다. 선형 성장 영역에서, 복잡성의 정도가 높을수록 조립주기 당 두께 성장이 커집니다.
필름 성장에 대한 용액 pH의 영향 :
용액의 pH 값은 수소 결합 중합체 복합 필름의 성장에 영향을 미친다. 약한 고분자 전해질로서, PAA는 용액의 pH가 증가함에 따라 이온화되고 음으로 하전 될 것이다. 따라서 수소 결합 연관성을 억제한다. PAA의 이온화 정도가 특정 수준에 도달했을 때, PAA는 LBL에서 수소 결합 수용체를 갖는 필름으로 조립할 수 없었다.
용액 pH의 증가에 따라 필름 두께는 감소하고, 필름 두께는 pH2.5 HPC/PAA 및 pH3.0-3.5 HPC/PAA에서 갑자기 감소 하였다. HPC/PAA의 중요한 지점은 pH 3.5 인 반면 HEC/PAA의 중요한 점은 약 3.0입니다. 이는 어셈블리 용액의 pH가 3.5보다 높을 때, HPC/PAA 필름을 형성 할 수없고, 용액의 pH가 3.0보다 높으면 HEC/PAA 필름을 형성 할 수 없음을 의미한다. HPC/PAA 막의 수소 결합 복합체가 더 높기 때문에, HPC/PAA 막의 임계 pH 값은 HEC/PAA 막의 것보다 높다. 소금이없는 용액에서, HEC/PAA, MC/PAA 및 HPC/PAA에 의해 형성된 복합체의 임계 pH 값은 각각 약 2.9, 3.2 및 3.7이었다. HPC/PAA의 임계 pH는 HEC/PAA보다 높으며, 이는 LBL 막의 pH와 일치한다.
CE/ PAA 멤브레인의 수분 흡수 성능 :
CES는 하이드 록실기가 풍부하여 우수한 수분 흡수 및 수분 보유를 갖습니다. HEC/PAA 멤브레인을 예로 들어, 환경에서 물에 대한 수소 결합 CE/PAA 막의 흡착 능력을 연구 하였다. 스펙트럼 간섭계에 의해 특징 지어지면, 필름이 물을 흡수함에 따라 필름 두께는 증가한다. 물 흡수 평형을 달성하기 위해 25 ℃에서 24 시간 동안 조절 가능한 습도가있는 환경에 배치되었다. 필름을 진공 오븐 (40 ℃)에서 24 시간 동안 건조시켜 수분을 완전히 제거 하였다.
습도가 증가함에 따라 필름이 두껍게됩니다. 30%-50%의 낮은 습도 면적에서 두께 성장은 상대적으로 느립니다. 습도가 50%를 초과하면 두께가 빠르게 자랍니다. 수소 결합 PVPON/PAA 막과 비교하여, HEC/PAA 막은 환경에서 더 많은 물을 흡수 할 수 있습니다. 상대 습도가 70%(25 ° C)의 상태에서, PVPON/PAA 필름의 두꺼운 범위는 약 4%이고 HEC/PAA 필름의 비율은 약 18%정도입니다. 결과는 HEC/PAA 시스템의 일정량의 OH 그룹이 수소 결합의 형성에 참여했지만 여전히 환경에서 물과 상호 작용하는 상당수의 OH 그룹이 여전히 존재 함을 보여 주었다. 따라서 HEC/PAA 시스템에는 수분 흡수 특성이 우수합니다.
결론적으로
(1) CE와 PAA가 가장 높은 수소 결합 정도를 갖는 HPC/PAA 시스템은 그 중에서 가장 빠르게 성장하고 있으며 MC/PAA는 중간에 있으며 HEC/PAA는 가장 낮습니다.
(2) HEC/PAA 필름은 제조 과정 전체에 걸쳐 선형 성장 모드를 보여 주었고, 다른 두 필름 MC/PAA 및 HPC/PAA는 처음 몇 사이클에서 지수 성장을 보인 후 선형 성장 모드로 변형되었다.
(3) CE/PAA 필름의 성장은 용액 pH에 강한 의존성을 갖는다. 용액 pH가 임계점보다 높으면 PAA와 CE는 필름에 조립할 수 없습니다. 조립 된 CE/PAA 멤브레인은 높은 pH 용액에 용해되었다.
(4) CE/PAA 필름은 OH와 COOH가 풍부하기 때문에 열처리는 가교시킨다. 가교 된 CE/PAA 멤브레인은 우수한 안정성을 가지며 높은 pH 용액에 불용성이다.
(5) CE/PAA 필름은 환경에서 물에 대한 흡착 용량이 양호합니다.
후 시간 : 2 월 18-2023 년