Istoric de cercetare
Ca o resursă naturală, abundentă și regenerabilă, celuloza întâmpină mari provocări în aplicațiile practice datorită proprietăților sale care nu se topește și limitate de solubilitate. Legăturile de hidrogen cu cristalinitate ridicată și de densitate ridicată în structura celulozei îl fac să se degradeze, dar nu se topește în timpul procesului de posesie și insolubile în apă și majoritatea solvenților organici. Derivatele lor sunt produse prin esterificarea și eterificarea grupărilor hidroxil pe unitățile de anhidroglucoză din lanțul polimeric și vor prezenta câteva proprietăți diferite în comparație cu celuloza naturală. Reacția de eterificare a celulozei poate genera multe eteri de celuloză solubili în apă, cum ar fi metil celuloză (MC), hidroxietil celuloză (HEC) și hidroxipropil celuloză (HPC), care sunt utilizate pe scară largă în alimente, produse cosmetice, în produse farmaceutice și medicamente. CE solubil în apă poate forma polimeri legați de hidrogen cu acizi policarboxilici și polifenoli.
Ansamblul strat cu strat (LBL) este o metodă eficientă pentru prepararea filmelor subțiri compozite polimerice. Următorul descrie în principal ansamblul LBL a trei CES diferite de HEC, MC și HPC cu PAA, compară comportamentul de asamblare și analizează influența substituenților asupra ansamblului LBL. Cercetați efectul pH -ului asupra grosimii filmului și diferitele diferențe de pH asupra formării și dizolvării filmului și dezvoltați proprietățile de absorbție a apei CE/PAA.
Materiale experimentale:
Acid poliacrilic (PAA, MW = 450.000). Vâscozitatea de 2%. Metilceluloza (MC, o soluție apoasă de 2% în% cu o vâscozitate de 400 MPa · s și un grad de substituție de 1,8). Hidroxipropil celuloză (HPC, o soluție apoasă de 2% în% cu o vâscozitate de 400 MPa · s și un grad de substituție de 2,5).
Pregătirea filmului:
Preparat prin ansamblu strat de cristal lichid pe siliciu la 25 ° C. Metoda de tratament a matricei de diapozitive este următoarea: înmuiați în soluție acidă (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/Vol) pentru 30 min, apoi clătiți cu apă deionizată de mai multe ori până când pH -ul devine neutru și, în final, se usucă cu azot pur. Ansamblul LBL este efectuat folosind utilaje automate. Substratul a fost înmuiat alternativ în soluție CE (0,2 mg/ml) și soluție PAA (0,2 mg/ml), fiecare soluție a fost înmuiată timp de 4 minute. Au fost efectuate trei înmuieri de clătire de 1 min fiecare în apă deionizată între fiecare soluție înmuiată pentru a îndepărta polimerul ușor atașat. Valorile de pH ale soluției de asamblare și soluția de clătire au fost ajustate la pH 2,0. Filmele preconizate sunt notate ca (CE/PAA) n, unde n denotă ciclul de asamblare. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 și (HPC/PAA) 30 au fost preparate în principal.
Caracterizarea filmului:
Au fost înregistrate și analizate spectrele de reflectare aproape normală cu optica oceanului Nanocalc-XR, iar grosimea filmelor depuse pe siliciu a fost măsurată. Cu un substrat de siliciu gol ca fundal, spectrul FT-IR al filmului subțire de pe substratul de siliciu a fost colectat pe un spectrometru infraroșu Nicolet 8700.
Interacțiuni ale legăturii de hidrogen între PAA și CES:
Adunarea HEC, MC și HPC cu PAA în filmele LBL. Spectrele infraroșii ale HEC/PAA, MC/PAA și HPC/PAA sunt prezentate în figură. Semnalele IR puternice ale PAA și CES pot fi observate în mod clar în spectrele IR ale HEC/PAA, MC/PAA și HPC/PAA. Spectroscopia FT-IR poate analiza complexarea legăturii de hidrogen între PAA și CES prin monitorizarea deplasării benzilor de absorbție caracteristice. Legarea de hidrogen între CES și PAA apare în principal între oxigenul hidroxil al CES și grupul COOH al PAA. După ce se formează legătura de hidrogen, vârful de întindere roșu trece la direcția de frecvență joasă.
Un vârf de 1710 cm-1 a fost observat pentru pulberea PAA pură. Când poliacrilamida a fost asamblată în filme cu diferite CES, vârfurile filmelor HEC/PAA, MC/PAA și MPC/PAA au fost localizate la 1718 cm-1, 1720 cm-1 și, respectiv, 1724 cm-1. Comparativ cu pulberea PAA pură, lungimile de vârf ale filmelor HPC/PAA, MC/PAA și HEC/PAA s -au schimbat cu 14, 10 și, respectiv, 8 cm - 1. Legătura de hidrogen dintre oxigenul eter și COOH întrerupe legătura de hidrogen dintre grupările COOH. Cu cât sunt mai multe legături de hidrogen între PAA și CE, cu atât este mai mare deplasarea maximă a CE/PAA în spectrele IR. HPC are cel mai mare grad de complexare a legăturilor de hidrogen, PAA și MC sunt la mijloc, iar HEC este cel mai mic.
Comportamentul de creștere al filmelor compuse din PAA și CES:
Comportamentul de formare a filmului PAA și CES în timpul ansamblului LBL a fost investigat folosind QCM și interferometrie spectrală. QCM este eficient pentru monitorizarea creșterii filmului în situ în primele câteva cicluri de asamblare. Interferometrele spectrale sunt potrivite pentru filmele cultivate pe 10 cicluri.
Filmul HEC/PAA a arătat o creștere liniară pe parcursul procesului de asamblare LBL, în timp ce filmele MC/PAA și HPC/PAA au arătat o creștere exponențială în stadiile incipiente ale asamblării și apoi transformate într -o creștere liniară. În regiunea de creștere liniară, cu cât gradul de complexare este mai mare, cu atât creșterea grosimii este mai mare pe ciclul de asamblare.
Efectul pH -ului soluției asupra creșterii filmului:
Valoarea pH a soluției afectează creșterea filmului compozit cu polimer legat de hidrogen. Ca polielectrolit slab, PAA va fi ionizat și încărcat negativ pe măsură ce pH -ul soluției crește, inhibând astfel asocierea legăturilor de hidrogen. Când gradul de ionizare a PAA a atins un anumit nivel, PAA nu s -a putut asambla într -un film cu acceptoare de legături de hidrogen în LBL.
Grosimea filmului a scăzut odată cu creșterea pH-ului soluției, iar grosimea filmului a scăzut brusc la pH2.5 HPC/PAA și pH3.0-3.5 HPC/PAA. Punctul critic al HPC/PAA este de aproximativ pH 3,5, în timp ce cel al HEC/PAA este de aproximativ 3,0. Aceasta înseamnă că atunci când pH -ul soluției de asamblare este mai mare de 3,5, filmul HPC/PAA nu poate fi format, iar atunci când pH -ul soluției este mai mare decât 3,0, filmul HEC/PAA nu poate fi format. Datorită gradului mai mare de complexare a legăturilor de hidrogen a membranei HPC/PAA, valoarea critică a pH -ului a membranei HPC/PAA este mai mare decât cea a membranei HEC/PAA. În soluția fără sare, valorile critice de pH ale complexelor formate de HEC/PAA, MC/PAA și HPC/PAA au fost de aproximativ 2,9, 3,2 și, respectiv, 3,7. PH -ul critic al HPC/PAA este mai mare decât cel al HEC/PAA, care este în concordanță cu cel al membranei LBL.
Performanța de absorbție a apei a membranei CE/ PAA:
CES este bogat în grupe hidroxil, astfel încât să aibă o bună absorbție a apei și retenție de apă. Luând ca exemplu membrana HEC/PAA, capacitatea de adsorbție a membranei CE/PAA legate de hidrogen la apă în mediu a fost studiată. Caracterizată prin interferometrie spectrală, grosimea filmului crește pe măsură ce filmul absoarbe apa. Acesta a fost plasat într -un mediu cu umiditate reglabilă la 25 ° C timp de 24 de ore pentru a obține echilibrul de absorbție a apei. Filmele au fost uscate într -un cuptor de vid (40 ° C) timp de 24 de ore pentru a îndepărta complet umiditatea.
Pe măsură ce umiditatea crește, filmul se îngroașă. În zona de umiditate scăzută de 30%-50%, creșterea grosimii este relativ lentă. Când umiditatea depășește 50%, grosimea crește rapid. În comparație cu membrana PVPON/PAA legată de hidrogen, membrana HEC/PAA poate absorbi mai multă apă din mediu. În condiții de umiditate relativă de 70%(25 ° C), gama de îngroșare a filmului PVPON/PAA este de aproximativ 4%, în timp ce cea a filmului HEC/PAA este la fel de mare de aproximativ 18%. Rezultatele au arătat că, deși o anumită cantitate de grupuri OH din sistemul HEC/PAA au participat la formarea de legături de hidrogen, au existat încă un număr considerabil de grupuri OH care interacționează cu apa în mediu. Prin urmare, sistemul HEC/PAA are proprietăți bune de absorbție a apei.
în concluzie
(1) Sistemul HPC/PAA cu cel mai mare grad de legare a hidrogenului de CE și PAA are cea mai rapidă creștere între ele, MC/PAA este la mijloc, iar HEC/PAA este cel mai mic.
(2) Filmul HEC/PAA a arătat un mod de creștere liniară pe parcursul procesului de preparare, în timp ce celelalte două filme MC/PAA și HPC/PAA au arătat o creștere exponențială în primele câteva cicluri, apoi transformate într -un mod de creștere liniară.
(3) Creșterea filmului CE/PAA are o dependență puternică de pH -ul soluției. Când pH -ul soluției este mai mare decât punctul său critic, PAA și CE nu se pot asambla într -un film. Membrana CE/PAA asamblată a fost solubilă în soluții cu pH ridicat.
(4) Deoarece filmul CE/PAA este bogat în OH și COOH, tratamentul termic îl face reticulat. Membrana CE/PAA reticulată are o stabilitate bună și este insolubilă în soluții cu pH ridicat.
(5) Filmul CE/PAA are o capacitate bună de adsorbție pentru apă în mediu.
Timpul post: 18-2023 februarie