Latar belakang penyelidikan
Sebagai sumber semulajadi, berlimpah dan boleh diperbaharui, selulosa menghadapi cabaran besar dalam aplikasi praktikal kerana sifat kelarutan yang tidak mencair dan terhad. Bond hidrogen kristal dan kepadatan tinggi yang tinggi dalam struktur selulosa menjadikannya merosot tetapi tidak mencairkan semasa proses pemilikan, dan tidak larut dalam air dan pelarut organik yang paling banyak. Derivatif mereka dihasilkan oleh esterification dan etherification kumpulan hidroksil pada unit anhydroglucose dalam rantai polimer, dan akan mempamerkan beberapa sifat yang berbeza berbanding dengan selulosa semulajadi. Reaksi selulosa selulosa dapat menghasilkan banyak eters selulosa larut air, seperti metil selulosa (MC), selulosa hidroksietil (HEC) dan hidroksipropil selulosa (HPC), yang digunakan secara meluas dalam makanan, kosmetik, dalam farmaseutikal dan perubatan. CE larut air boleh membentuk polimer terikat hidrogen dengan asid polikarboksilat dan polifenol.
Perhimpunan Layer-by-Layer (LBL) adalah kaedah yang berkesan untuk menyediakan filem nipis komposit polimer. Berikut terutamanya menggambarkan pemasangan LBL tiga CEs HEC, MC dan HPC yang berbeza dengan PAA, membandingkan tingkah laku pemasangan mereka, dan menganalisis pengaruh substituen pada pemasangan LBL. Menyiasat kesan pH pada ketebalan filem, dan perbezaan pH yang berbeza pada pembentukan filem dan pembubaran, dan mengembangkan sifat penyerapan air CE/PAA.
Bahan Eksperimen:
Asid polyacrylic (PAA, MW = 450,000). Kelikatan 2wt. Methylcellulose (MC, larutan berair 2wt. Hydroxypropyl selulosa (HPC, larutan berair 2wt.
Penyediaan Filem:
Disediakan oleh pemasangan lapisan kristal cecair pada silikon pada 25 ° C. Kaedah rawatan matriks slaid adalah seperti berikut: Rendam dalam larutan berasid (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/vol) selama 30 minit, kemudian bilas dengan air berair beberapa kali sehingga pH menjadi neutral, dan akhirnya kering dengan nitrogen tulen. Perhimpunan LBL dilakukan menggunakan jentera automatik. Substrat selalunya direndam dalam larutan CE (0.2 mg/ml) dan larutan PAA (0.2 mg/mL), setiap penyelesaian direndam selama 4 minit. Tiga bilas soaks 1 min setiap dalam air berair dilakukan di antara setiap penyelesaian rendam untuk menghilangkan polimer yang dilampirkan secara longgar. Nilai pH penyelesaian pemasangan dan penyelesaian pembilasan kedua -duanya diselaraskan kepada pH 2.0. Filem yang disediakan sebagai dilambangkan sebagai (CE/PAA) n, di mana N menandakan kitaran pemasangan. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 dan (HPC/PAA) 30 terutamanya disediakan.
Pencirian Filem:
Spektrum refleksi hampir normal telah direkodkan dan dianalisis dengan optik laut nanocalc-XR, dan ketebalan filem yang disimpan di silikon diukur. Dengan substrat silikon kosong sebagai latar belakang, spektrum FT-IR filem nipis pada substrat silikon dikumpulkan pada spektrometer inframerah Nicolet 8700.
Interaksi ikatan hidrogen antara PAA dan CES:
Perhimpunan HEC, MC dan HPC dengan PAA ke dalam filem LBL. Spektrum inframerah HEC/PAA, MC/PAA dan HPC/PAA ditunjukkan dalam angka tersebut. Isyarat IR yang kuat dari PAA dan CES dapat dilihat dengan jelas dalam spektrum IR HEC/PAA, MC/PAA dan HPC/PAA. Spektroskopi FT-IR boleh menganalisis kompleks ikatan hidrogen antara PAA dan CES dengan memantau peralihan band penyerapan ciri. Ikatan hidrogen antara CES dan PAA terutamanya berlaku di antara oksigen hidroksil CES dan kumpulan COOH PAA. Selepas ikatan hidrogen terbentuk, puncak peregangan merah beralih ke arah frekuensi rendah.
Puncak 1710 cm-1 diperhatikan untuk serbuk PAA tulen. Apabila polyacrylamide dipasang ke dalam filem dengan CES yang berbeza, puncak filem HEC/PAA, MC/PAA dan MPC/PAA terletak pada 1718 cm-1, 1720 cm-1 dan 1724 cm-1. Berbanding dengan serbuk PAA tulen, panjang puncak filem HPC/PAA, MC/PAA dan HEC/PAA beralih masing -masing sebanyak 14, 10 dan 8 cm -1. Ikatan hidrogen antara oksigen eter dan COOH mengganggu ikatan hidrogen antara kumpulan COOH. Lebih banyak ikatan hidrogen yang terbentuk antara PAA dan CE, semakin besar peralihan puncak CE/PAA dalam spektrum IR. HPC mempunyai tahap kompleks ikatan hidrogen tertinggi, PAA dan MC berada di tengah, dan HEC adalah yang paling rendah.
Tingkah laku pertumbuhan filem komposit PAA dan CES:
Tingkah laku pembentukan filem PAA dan CES semasa perhimpunan LBL disiasat menggunakan QCM dan interferometri spektrum. QCM adalah berkesan untuk memantau pertumbuhan filem di situ semasa kitaran perhimpunan pertama. Interferometer spektrum sesuai untuk filem yang ditanam lebih dari 10 kitaran.
Filem HEC/PAA menunjukkan pertumbuhan linear sepanjang proses pemasangan LBL, manakala filem MC/PAA dan HPC/PAA menunjukkan pertumbuhan eksponen pada peringkat awal perhimpunan dan kemudian berubah menjadi pertumbuhan linear. Di rantau pertumbuhan linear, semakin tinggi tahap kompleks, semakin besar pertumbuhan ketebalan setiap kitaran perhimpunan.
Kesan penyelesaian pH pada pertumbuhan filem:
Nilai pH penyelesaian mempengaruhi pertumbuhan filem komposit polimer terikat hidrogen. Sebagai polyelectrolyte yang lemah, PAA akan diionkan dan negatif dikenakan sebagai pH larutan meningkat, dengan itu menghalang persatuan ikatan hidrogen. Apabila tahap pengionan PAA mencapai tahap tertentu, PAA tidak dapat berkumpul ke dalam filem dengan penerima ikatan hidrogen di LBL.
Ketebalan filem menurun dengan peningkatan pH penyelesaian, dan ketebalan filem menurun secara tiba-tiba pada pH2.5 hpc/PAA dan ph3.0-3.5 hpc/PAA. Titik kritikal HPC/PAA adalah kira -kira pH 3.5, manakala HEC/PAA adalah kira -kira 3.0. Ini bermakna apabila pH penyelesaian pemasangan lebih tinggi daripada 3.5, filem HPC/PAA tidak dapat dibentuk, dan apabila pH penyelesaiannya lebih tinggi daripada 3.0, filem HEC/PAA tidak dapat dibentuk. Oleh kerana tahap kompleks ikatan hidrogen yang lebih tinggi membran HPC/PAA, nilai pH kritikal membran HPC/PAA lebih tinggi daripada membran HEC/PAA. Dalam penyelesaian bebas garam, nilai pH kritikal kompleks yang dibentuk oleh HEC/PAA, MC/PAA dan HPC/PAA masing-masing adalah kira-kira 2.9, 3.2 dan 3.7. PH kritikal HPC/PAA lebih tinggi daripada HEC/PAA, yang selaras dengan membran LBL.
Prestasi penyerapan air membran CE/ PAA:
CES kaya dengan kumpulan hidroksil supaya ia mempunyai penyerapan air yang baik dan pengekalan air. Mengambil membran HEC/PAA sebagai contoh, kapasiti penjerapan membran CE/PAA yang terikat hidrogen ke air di alam sekitar telah dikaji. Dikenakan oleh interferometri spektrum, ketebalan filem meningkat apabila filem menyerap air. Ia diletakkan dalam persekitaran dengan kelembapan laras pada 25 ° C selama 24 jam untuk mencapai keseimbangan penyerapan air. Filem -filem itu dikeringkan dalam ketuhar vakum (40 ° C) selama 24 jam untuk mengeluarkan kelembapan sepenuhnya.
Apabila kelembapan meningkat, filem itu menebal. Di kawasan kelembapan rendah 30%-50%, pertumbuhan ketebalan agak perlahan. Apabila kelembapan melebihi 50%, ketebalan tumbuh dengan pesat. Berbanding dengan membran PVPON/PAA yang terikat hidrogen, membran HEC/PAA dapat menyerap lebih banyak air dari alam sekitar. Di bawah keadaan kelembapan relatif 70%(25 ° C), pelbagai penebalan filem PVPON/PAA adalah kira -kira 4%, manakala filem HEC/PAA adalah setinggi 18%. Keputusan menunjukkan bahawa walaupun sejumlah kumpulan OH dalam sistem HEC/PAA mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan hidrogen, masih terdapat banyak kumpulan OH yang berinteraksi dengan air di alam sekitar. Oleh itu, sistem HEC/PAA mempunyai sifat penyerapan air yang baik.
kesimpulannya
(1) Sistem HPC/PAA dengan tahap ikatan hidrogen tertinggi CE dan PAA mempunyai pertumbuhan terpantas di antara mereka, MC/PAA berada di tengah, dan HEC/PAA adalah yang paling rendah.
(2) Filem HEC/PAA menunjukkan mod pertumbuhan linear sepanjang proses penyediaan, manakala dua filem lain MC/PAA dan HPC/PAA menunjukkan pertumbuhan eksponen dalam beberapa kitaran pertama, dan kemudian berubah menjadi mod pertumbuhan linear.
(3) Pertumbuhan filem CE/PAA mempunyai pergantungan yang kuat terhadap pH penyelesaian. Apabila pH penyelesaian lebih tinggi daripada titik kritikalnya, PAA dan CE tidak dapat berkumpul ke dalam filem. Membran CE/PAA yang dipasang adalah larut dalam penyelesaian pH yang tinggi.
(4) Oleh kerana filem CE/PAA kaya dengan OH dan COOH, rawatan haba menjadikannya berkaitan dengan silang. Membran CE/PAA yang berkaitan dengan silang mempunyai kestabilan yang baik dan tidak larut dalam penyelesaian pH yang tinggi.
(5) Filem CE/PAA mempunyai kapasiti penjerapan yang baik untuk air di alam sekitar.
Masa Post: Feb-18-2023