Sfond ta 'riċerka
Bħala riżorsa naturali, abbundanti u li tiġġedded, iċ-ċelluloża tiltaqa 'ma' sfidi kbar f'applikazzjonijiet prattiċi minħabba l-proprjetajiet ta 'solubilità mhux tat-tidwib u limitati tagħha. Il-kristallinità għolja u l-irbit ta 'idroġenu ta' densità għolja fl-istruttura taċ-ċelluloża jagħmluha tiddegrada iżda ma tidwibx matul il-proċess ta 'pussess, u ma tinħallx fl-ilma u l-biċċa l-kbira tas-solventi organiċi. Id-derivattivi tagħhom huma prodotti mill-esterifikazzjoni u l-eterifikazzjoni tal-gruppi idrossili fuq l-unitajiet ta 'anhydroglucose fil-katina tal-polimeru, u se juru xi proprjetajiet differenti meta mqabbla ma' ċelluloża naturali. Ir-reazzjoni ta 'l-eterifikazzjoni taċ-ċelluloża tista' tiġġenera ħafna eteri taċ-ċelluloża li jinħallu fl-ilma, bħal ċelluloża tal-metil (MC), hydroxyethyl cellulose (HEC) u hydroxypropyl cellulose (HPC), li huma użati ħafna fl-ikel, kosmetiċi, fil-farmaċewtiċi u l-mediċina. CE li jinħall fl-ilma jista 'jifforma polimeri marbuta mal-idroġenu b'aċidi polikarbossiliċi u polifenoli.
Assemblea saff b'saff (LBL) hija metodu effettiv għall-preparazzjoni ta 'films irqaq komposti tal-polimeru. Dan li ġej jiddeskrivi prinċipalment l-assemblaġġ LBL ta 'tliet CEs differenti ta' HEC, MC u HPC ma 'PAA, iqabbel l-imġieba tal-assemblaġġ tagħhom, u janalizza l-influwenza ta' sostituti fuq l-assemblaġġ LBL. Investiga l-effett tal-pH fuq il-ħxuna tal-film, u d-differenzi differenti ta 'pH fuq il-formazzjoni tal-films u x-xoljiment, u tiżviluppa l-proprjetajiet ta' assorbiment ta 'l-ilma ta' CE / PAA.
Materjali Esperimentali:
Aċidu poliakriliku (PAA, MW = 450,000). Il-viskożità ta '2wt.% Soluzzjoni milwiema ta' hydroxyethylcellulose (HEC) hija ta '300 MPa · s, u l-grad ta' sostituzzjoni huwa 2.5. Methylcellulose (MC, 2Wt.% Soluzzjoni milwiema b'viskożità ta '400 MPa · S u grad ta' sostituzzjoni ta '1.8). Hydroxypropyl cellulose (HPC, 2Wt.% Soluzzjoni milwiema b'viskożità ta '400 MPa · S u grad ta' sostituzzjoni ta '2.5).
Preparazzjoni tal-films:
Ippreparat permezz ta 'assemblaġġ ta' saff tal-kristall likwidu fuq silikon f'25 ° C. Il-metodu ta 'trattament tal-matriċi tal-pjastra huwa kif ġej: jixxarrab f'soluzzjoni aċiduża (H2SO4 / H2O2, 7 / 3vol / vol) għal 30min, imbagħad laħlaħ b'ilma dejonizzat diversi drabi sakemm il-pH isir newtrali, u finalment niexef b'nitroġenu pur. L-assemblaġġ LBL jitwettaq bl-użu ta 'makkinarju awtomatiku. Is-sottostrat kien imxarrab alternattivament fis-soluzzjoni CE (0.2 mg / ml) u s-soluzzjoni PAA (0.2 mg / mL), kull soluzzjoni kienet mxarrba għal 4 min. Tliet tlaħliħ ta '1 minuta kull wieħed f'ilma dejonizzat saru bejn kull soluzzjoni li jixxarrab biex jitneħħa polimeru mwaħħal b'mod laxk. Il-valuri tal-pH tas-soluzzjoni tal-assemblaġġ u s-soluzzjoni tat-tlaħliħ it-tnejn ġew aġġustati għal pH 2.0. Il-films kif ippreparati huma indikati bħala (CE / PAA) N, fejn n jindika ċ-ċiklu tal-assemblaġġ. (HEC / PAA) 40, (MC / PAA) 30 u (HPC / PAA) 30 kienu ppreparati prinċipalment.
Karatterizzazzjoni tal-films:
L-ispettri ta 'riflessjoni kważi normali ġew irreġistrati u analizzati bl-ottika tal-oċean Nanocalc-XR, u l-ħxuna tal-films depożitati fuq is-silikon ġiet imkejla. B'substrat tas-silikon vojt bħala l-isfond, l-ispettru FT-IR tal-film irqiq fuq is-substrat tas-silikon inġabar fuq spettrometru infra-aħmar Nicolet 8700.
Interazzjonijiet ta 'bond ta' l-idroġenu bejn PAA u CES:
Assemblea ta 'HEC, MC u HPC ma' PAA fil-films LBL. L-ispettri infra-aħmar ta 'HEC / PAA, MC / PAA u HPC / PAA huma murija fil-figura. Is-sinjali IR qawwija ta 'PAA u CES jistgħu jiġu osservati b'mod ċar fl-ispettri IR ta' HEC / PAA, MC / PAA u HPC / PAA. L-ispettroskopija FT-IR tista 'tanalizza l-kumplessazzjoni tal-bond tal-idroġenu bejn PAA u CES billi tissorvelja l-bidla tal-faxex ta' assorbiment karatteristiċi. L-irbit ta 'l-idroġenu bejn CES u PAA jseħħ prinċipalment bejn l-ossiġenu idrossiliku ta' CES u l-grupp COOH ta 'PAA. Wara li jkun iffurmat ir-rabta ta 'l-idroġenu, il-quċċata tal-quċċata ta' l-aħmar tinbidel għad-direzzjoni ta 'frekwenza baxxa.
Ġie osservat quċċata ta '1710 cm-1 għal trab PAA pur. Meta l-polyacrylamide ġie mmuntat f'films b'CES differenti, il-qċaċet tal-films HEC / PAA, MC / PAA u MPC / PAA kienu jinsabu fi 1718 cm-1, 1720 cm-1 u 1724 cm-1, rispettivament. Meta mqabbel ma 'trab PAA pur, it-tulijiet tal-quċċata tal-films HPC / PAA, MC / PAA u HEC / PAA qalbu b'14, 10 u 8 cm - 1, rispettivament. Ir-rabta ta 'l-idroġenu bejn l-ossiġenu ta' l-eter u COOH tinterrompi l-bond ta 'l-idroġenu bejn il-gruppi COOH. Iktar ma jkunu ffurmati bonds tal-idroġenu bejn PAA u CE, iktar ikun kbir il-bidla tal-quċċata ta 'CE / PAA fl-ispettri IR. HPC għandu l-ogħla grad ta 'kumplessazzjoni tal-bonds tal-idroġenu, PAA u MC huma fin-nofs, u l-HEC huwa l-inqas.
Imġieba ta 'tkabbir ta' films komposti ta 'PAA u CES:
L-imġieba li tifforma l-film ta 'PAA u CES waqt l-assemblaġġ LBL ġiet investigata bl-użu ta' QCM u interferometrija spettrali. QCM huwa effettiv għall-monitoraġġ tat-tkabbir tal-films in situ matul l-ewwel ftit ċikli ta 'assemblaġġ. Interferometri spettrali huma adattati għal films imkabbra fuq 10 ċikli.
Il-film HEC / PAA wera tkabbir lineari matul il-proċess tal-assemblaġġ LBL, filwaqt li l-films MC / PAA u HPC / PAA wrew tkabbir esponenzjali fl-istadji bikrija tal-assemblaġġ u mbagħad ittrasformaw fi tkabbir lineari. Fir-reġjun ta 'tkabbir lineari, iktar ikun għoli l-grad ta' kumplessazzjoni, iktar ikun kbir it-tkabbir tal-ħxuna għal kull ċiklu ta 'assemblaġġ.
Effett tal-pH tas-soluzzjoni fuq it-tkabbir tal-films:
Il-valur tal-pH tas-soluzzjoni jaffettwa t-tkabbir tal-film kompost tal-polimeru marbut bl-idroġenu. Bħala polyelectrolyte dgħajjef, il-PAA se tkun jonizzata u ċċarġjata b'mod negattiv hekk kif il-pH tas-soluzzjoni jiżdied, u b'hekk jinibixxi l-assoċjazzjoni tal-bond tal-idroġenu. Meta l-grad ta 'jonizzazzjoni ta' PAA laħaq ċertu livell, il-PAA ma setgħetx tiġbor f'film ma 'aċċettaturi ta' bonds ta 'l-idroġenu f'LBL.
Il-ħxuna tal-film naqset biż-żieda tal-pH tas-soluzzjoni, u l-ħxuna tal-film naqset f'daqqa f'Ph2.5 HPC / PAA u PH3.0-3.5 HPC / PAA. Il-punt kritiku ta 'HPC / PAA huwa ta' madwar pH 3.5, filwaqt li dak ta 'HEC / PAA huwa ta' madwar 3.0. Dan ifisser li meta l-pH tas-soluzzjoni tal-assemblaġġ ikun ogħla minn 3.5, il-film HPC / PAA ma jistax jiġi ffurmat, u meta l-pH tas-soluzzjoni huwa ogħla minn 3.0, il-film HEC / PAA ma jistax jiġi ffurmat. Minħabba l-grad ogħla ta 'kumplessazzjoni tal-bond tal-idroġenu tal-membrana HPC / PAA, il-valur kritiku tal-pH tal-membrana HPC / PAA huwa ogħla minn dak tal-membrana HEC / PAA. F'soluzzjoni mingħajr melħ, il-valuri kritiċi tal-pH tal-kumplessi ffurmati minn HEC / PAA, MC / PAA u HPC / PAA kienu madwar 2.9, 3.2 u 3.7, rispettivament. Il-pH kritiku ta 'HPC / PAA huwa ogħla minn dak ta' HEC / PAA, li huwa konsistenti ma 'dak tal-membrana LBL.
Prestazzjoni tal-assorbiment tal-ilma tal-membrana CE / PAA:
Is-CES huwa rikk fi gruppi idrossiliċi sabiex ikollu assorbiment tajjeb tal-ilma u żamma tal-ilma. Ġiet studjata l-membrana HEC / PAA, il-kapaċità ta 'adsorbiment tal-membrana CE / PAA marbuta mal-idroġenu għall-ilma fl-ambjent ġiet studjata. Kkaratterizzat minn interferometrija spettrali, il-ħxuna tal-film tiżdied hekk kif il-film jassorbi l-ilma. Tqiegħed f'ambjent b'umdità aġġustabbli f'25 ° C għal 24 siegħa biex jinkiseb ekwilibriju ta 'assorbiment ta' l-ilma. Il-films ġew imnixxfa f'forn bil-vakwu (40 ° C) għal 24 siegħa biex tneħħi kompletament l-umdità.
Hekk kif l-umdità tiżdied, il-film jeħxien. Fiż-żona ta 'umdità baxxa ta '30% -50%, it-tkabbir tal-ħxuna huwa relattivament bil-mod. Meta l-umdità taqbeż il-50%, il-ħxuna tikber malajr. Meta mqabbel mal-membrana PVPON / PAA marbuta mal-idroġenu, il-membrana HEC / PAA tista 'tassorbi aktar ilma mill-ambjent. Taħt il-kundizzjoni ta 'umdità relattiva ta' 70% (25 ° C), il-firxa li tħaxxin ta 'film PVPON / PAA hija ta' madwar 4%, filwaqt li dik tal-film HEC / PAA hija għolja daqs madwar 18%. Ir-riżultati wrew li għalkemm ċertu ammont ta 'gruppi OH fis-sistema HEC / PAA pparteċipaw fil-formazzjoni ta' bonds ta 'l-idroġenu, kien għad hemm numru konsiderevoli ta' gruppi OH li jinteraġixxu ma 'l-ilma fl-ambjent. Għalhekk, is-sistema HEC / PAA għandha proprjetajiet tajbin ta 'assorbiment ta' ilma.
Bħala konklużjoni
(1) Is-sistema HPC / PAA bl-ogħla grad ta 'twaħħil ta' l-idroġenu ta 'CE u PAA għandha l-iktar tkabbir mgħaġġel fosthom, MC / PAA jinsab fin-nofs, u HEC / PAA hija l-iktar baxxa.
(2) Il-film HEC / PAA wera modalità ta 'tkabbir lineari matul il-proċess ta' preparazzjoni, filwaqt li ż-żewġ films l-oħra MC / PAA u HPC / PAA urew tkabbir esponenzjali fl-ewwel ftit ċikli, u mbagħad ittrasformaw fi mod ta 'tkabbir lineari.
(3) It-tkabbir tal-film CE / PAA għandu dipendenza qawwija fuq il-pH tas-soluzzjoni. Meta s-soluzzjoni tal-pH tkun ogħla mill-punt kritiku tagħha, PAA u CE ma jistgħux jinġabru f'film. Il-membrana CE / PAA immuntata kienet tinħall f'soluzzjonijiet ta 'pH għoli.
(4) Peress li l-film CE / PAA huwa rikk fl-OH u COOH, it-trattament tas-sħana jagħmilha marbuta. Il-membrana CE / PAA marbuta ma 'stabbiltà tajba u ma tinħallx f'soluzzjonijiet ta' pH għoli.
(5) Il-film CE / PAA għandu kapaċità tajba ta 'adsorbiment għall-ilma fl-ambjent.
Ħin ta 'wara: Frar-18-2023