Tyrimo pagrindas
Kaip natūralus, gausus ir atsinaujinantis išteklius, celiuliozė susiduria su dideliais iššūkiais praktiniuose pritaikymuose dėl jo nerimo ir ribotos tirpumo savybių. Dėl didelio kristališkumo ir didelio tankio vandenilio jungčių celiuliozės struktūroje jis skaidosi, bet ne ištirpsta turėjimo proceso metu ir netirpsta vandenyje ir daugelyje organinių tirpiklių. Jų dariniai gamina esterinant ir eterifikavus hidroksilo grupes anhidrogliukozės vienetuose polimerų grandinėje, ir pasižymės skirtingomis savybėmis, palyginti su natūralia celiulioze. Celiuliozės eterifikavimo reakcija gali generuoti daugybę vandenyje tirpių celiuliozės eterių, tokių kaip metil-celiuliozė (MC), hidroksitil-celiuliozė (HEC) ir hidroksipropil celiuliozė (HPC), kurie yra plačiai naudojami maiste, kosmetikoje, vaistuose ir vaistuose. Vandenyje tirpi CE gali susidaryti vandenilį surištų polimerų su polikarboksirūgštimis ir polifenoliais.
Sluoksnis po sluoksnio (LBL) yra veiksmingas metodas, skirtas paruošti polimerų sudėtines plonas plėveles. Toliau aprašomas trijų skirtingų HEC, MC ir HPC CES LBL surinkimas su PAA, lygina jų surinkimo elgseną ir analizuoja pakaitalų įtaką LBL surinkimui. Ištirkite pH poveikį plėvelės storiui ir skirtingi pH skirtumai plėvelės formavimui ir tirpimui bei išsivysto CE/PAA vandens absorbcijos savybes.
Eksperimentinė medžiaga:
Poliakrilo rūgštis (PAA, MW = 450 000). 2Wt.% Vandeninio hidroksitilceliuliozės (HEC) kraujotakos klampumas yra 300 MPa · s, o pakaitalų laipsnis yra 2,5. Metilceliuliozė (MC, 2Wt.% Vandeninis tirpalas, kurio klampumas yra 400 MPa · s, ir pakaitalų laipsnis 1,8). Hidroksipropil celiuliozė (HPC, 2Wt.% Vandeninis tirpalas, kurio klampumas yra 400 MPa · s, o pakaitalų laipsnis yra 2,5).
Filmo paruošimas:
Paruošta skystųjų kristalų sluoksnio surinkimu ant silicio 25 ° C temperatūroje. Skaidrės matricos apdorojimo metodas yra toks: mirkykite rūgštiniame tirpale (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/VOL) 30 minučių, tada kelis kartus nuplaukite dejonizuotu vandeniu, kol pH taps neutralus, ir galiausiai išdžiūvo grynu azoto. LBL surinkimas atliekamas naudojant automatines mašinas. Substratas buvo pakaitomis mirkytas CE tirpale (0,2 mg/ml) ir PAA tirpale (0,2 mg/ml), kiekvienas tirpalas buvo mirkytas 4 minutes. Tarp kiekvieno tirpalo mirkymo buvo atlikti trys skalavimo skalavimo dejonizuotame vandenyje, kad būtų pašalintas laisvai pritvirtintas polimeras. Surinkimo tirpalo pH vertės ir skalavimo tirpalas buvo sureguliuotos iki pH 2.0. Paruošti plėvelės žymimos (CE/PAA) n, kur n žymi surinkimo ciklą. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 ir (HPC/PAA) 30 buvo daugiausia paruošti.
Filmo apibūdinimas:
Buvo užfiksuoti beveik normalūs atspindžio spektrai ir išanalizuoti naudojant nanokalc-xr vandenyno optiką, ir buvo išmatuotas ant silicio deponuotų plėvelių. Turint tuščią silicio substratą kaip foną, ant Nicolet 8700 infraraudonųjų spindulių spektrometro buvo surinktas plonos plėvelės FT-IR spektras.
Vandenilio jungčių sąveika tarp PAA ir CES:
HEC, MC ir HPC surinkimas su PAA į LBL Films. HEC/PAA, MC/PAA ir HPC/PAA infraraudonųjų spindulių spektrai parodyti paveiksle. Stiprius PAA ir CES signalus galima aiškiai pastebėti HEC/PAA, MC/PAA ir HPC/PAA IR spektruose. FT-IR spektroskopija gali išanalizuoti vandenilio jungčių kompleksą tarp PAA ir CES, stebint būdingų absorbcijos juostų poslinkį. Vandenilio ryšys tarp CES ir PAA daugiausia pasireiškia tarp CES ir COO grupės Hidroksilo deguonies ir PAA COOH grupės. Susidarius vandenilio ryšį, tempiantis raudonasis smailė pereina į žemo dažnio kryptį.
Grynųjų PAA miltelių buvo pastebėta 1710 cm-1 smailė. Kai poliakrilamidas buvo surinktas į plėveles su skirtingais CES, HEC/Paa, MC/PAA ir MPC/PAA plėvelės buvo atitinkamai 1718 cm-1, 1720 cm-1 ir 1724 cm-1. Palyginti su grynais PAA milteliais, didžiausio HPC/PAA, MC/PAA ir HEC/PAA plėvelės didžiausias ilgis pasislinko atitinkamai 14, 10 ir 8 cm - 1. Vandenilio ryšys tarp eterio deguonies ir COOH nutraukia vandenilio ryšį tarp COOH grupių. Kuo daugiau vandenilio jungčių, susidariusių tarp PAA ir CE, tuo didesnis CE/PAA didžiausias poslinkis IR spektruose. HPC turi didžiausią vandenilio jungčių komplekso laipsnį, PAA ir MC yra viduryje, o HEC yra mažiausias.
PAA ir CES sudėtinių filmų augimo elgsena:
PAA ir CES plėvelės formavimo elgesys LBL surinkimo metu buvo ištirtas naudojant QCM ir spektrinę interferometriją. QCM yra veiksmingas stebint plėvelės augimą vietoje per pirmuosius kelis surinkimo ciklus. Spektriniai interferometrai yra tinkami plėvelėms, išaugintoms per 10 ciklų.
HEC/PAA plėvelė parodė tiesinį augimą visame LBL surinkimo procese, o MC/PAA ir HPC/PAA plėvelės parodė eksponentinį augimą ankstyvosiose surinkimo stadijose ir po to virsta tiesiniu augimu. Linijinio augimo srityje, kuo didesnis komplekso laipsnis, tuo didesnis storio augimas viename surinkimo cikle.
Sprendimo pH poveikis plėvelės augimui:
Tirpalo pH vertė turi įtakos vandenilio surištos polimero kompozicinės plėvelės augimui. Kaip silpnas polielektrolitas, PAA bus jonizuotas ir neigiamai įkrautas, nes padidės tirpalo pH, taip slopindamas vandenilio ryšių ryšį. Kai PAA jonizacijos laipsnis pasiekė tam tikrą lygį, PAA negalėjo surinkti į plėvelę su vandenilio jungčių akceptoriais LBL.
Plėvelės storis sumažėjo padidėjus tirpalo pH, o plėvelės storis staiga sumažėjo esant PH2,5 HPC/PAA ir PH3.0-3,5 HPC/PAA. Kritinis HPC/PAA taškas yra apie 3,5 pH, o HEC/PAA - apie 3,0. Tai reiškia, kad kai surinkimo tirpalo pH yra didesnis nei 3,5, HPC/PAA plėvelės negalima suformuoti, o kai tirpalo pH yra didesnis nei 3,0, HEC/PAA plėvelės negalima suformuoti. Dėl didesnio HPC/PAA membranos vandenilio ryšių komplekso laipsnio, HPC/PAA membranos kritinė pH vertė yra didesnė nei HEC/PAA membranos. Naudojant tirpalą be druskos, HEC/PAA suformuotų kompleksų kritinės pH vertės, MC/PAA ir HPC/PAA buvo atitinkamai apie 2,9, 3,2 ir 3,7. Kritinis HPC/PAA pH yra didesnis nei HEC/PAA, tai atitinka LBL membranos.
CE/ PAA membranos vandens absorbcijos veikimas:
CES gausu hidroksilo grupių, todėl joje yra gera vandens absorbcija ir vandens sulaikymas. Paimant HEC/PAA membraną kaip pavyzdį, buvo tiriamas vandenilio sujungtos CE/PAA membranos adsorbcijos pajėgumas aplinkoje. Plėvės storis, būdingas spektrinei interferometrijai, didėja, kai plėvelė sugeria vandenį. Jis buvo dedamas į aplinką su reguliuojama drėgme 25 ° C temperatūroje 24 valandas, kad būtų pasiekta vandens absorbcijos pusiausvyra. Filmai 24 valandas buvo džiovinamos vakuuminėje orkaitėje (40 ° C), kad būtų visiškai pašalinta drėgmė.
Didėjant drėgmei, plėvelė sutirština. Mažos drėgmės srityje-30–50%, storio augimas yra gana lėtas. Kai drėgmė viršija 50%, storis sparčiai auga. Palyginti su vandeniliu sujungta PVPON/PAA membrana, HEC/PAA membrana gali absorbuoti daugiau vandens iš aplinkos. Esant 70%(25 ° C) santykinės drėgmės sąlygoms, PVPON/PAA plėvelės sustorėjimo diapazonas yra apie 4%, o HEC/PAA plėvelės - net 18%. Rezultatai parodė, kad nors tam tikras OH grupių skaičius HEC/PAA sistemoje dalyvavo formuojant vandenilio ryšius, vis dar buvo nemažai OH grupių, sąveikaujančių su vandeniu aplinkoje. Todėl HEC/PAA sistema pasižymi geromis vandens absorbcijos savybėmis.
Apibendrinant
(1) HPC/PAA sistema, turinti aukščiausią Vidurio surišimo laipsnį CE ir PAA, yra greičiausias tarp jų, MC/PAA yra viduryje, o HEC/PAA yra mažiausias.
(2) HEC/PAA plėvelė parodė linijinį augimo režimą per visą paruošimo procesą, o kitos dvi plėvelės MC/PAA ir HPC/PAA parodė eksponentinį augimą per keletą pirmųjų ciklų, o po to pavertė linijiniu augimo režimu.
(3) CE/PAA plėvelės augimas labai priklauso nuo tirpalo pH. Kai tirpalo pH yra didesnis nei jo kritinis taškas, PAA ir CE negali susiburti į plėvelę. Surinkta CE/PAA membrana buvo tirpi dideliais pH tirpalais.
(4) Kadangi CE/PAA plėvelėje gausu OH ir COOH, terminis apdorojimas daro jį sujungtą. Kryžminė CE/PAA membrana turi gerą stabilumą ir netirpsta dideliuose pH tirpaluose.
(5) CE/PAA plėvelė turi gerą vandens adsorbcijos pajėgumą aplinkoje.
Pašto laikas: 2012 m. Vasario 18 d