Исследование
В качестве естественного, обильного и возобновляемого ресурса Cellulose сталкивается с большими проблемами в практических применениях из-за его не мельсионных и ограниченных свойств растворимости. Высокая кристалличность и водородные связи высокой плотности в структуре целлюлозы заставляют ее размалываться, но не таять во время процесса владения и нерастворимы в воде и большинстве органических растворителей. Их производные вырабатываются этерификацией и этерификацией гидроксильных групп на ангидроглюкозе в полимерной цепи и будут проявлять некоторые различные свойства по сравнению с природной целлюлозой. Реакция этерификации целлюлозы может генерировать много растворимых в водных целлюлозных эфирах, таких как метиловая целлюлоза (MC), гидроксиэтилцеллюлоза (HEC) и гидроксипропиловая целлюлоза (HPC), которые широко используются в пище, косметике, в фармацевтике и лекарствах. Водорастворимый CE может образовывать водородные полимеры с поликарбоновыми кислотами и полифенолами.
Сборка слоя за слоем (LBL) является эффективным методом приготовления полимерных композитных тонких пленок. В следующем в основном описывается сборка LBL трех различных CE HEC, MC и HPC с PAA, сравнивает их поведение сборки и анализирует влияние заместителей на сборку LBL. Изучите влияние pH на толщину пленки и различные различия pH на формирование пленки и растворение, а также развивайте свойства водопоглощения CE/PAA.
Экспериментальные материалы:
Полиакриловая кислота (PAA, MW = 450 000). Вязкость 2WT.% В водном растворе гидроксиэтилцеллюлозы (HEC) составляет 300 МПа · с, а степень замещения составляет 2,5. Метилцеллюлоза (MC, 2WT.% Водный раствор с вязкостью 400 МПа и степень замены 1,8). Гидроксипропиловая целлюлоза (HPC, 2wt.% Водный раствор с вязкостью 400 МПа · с и степень замены 2,5).
Подготовка к фильму:
Приготовлено жидким кристаллическим слоем в сборе на кремнии при 25 ° C. Метод обработки слайд -матрицы заключается в следующем: замачивание в кислое раствор (H2SO4/H2O2, 7/3 -VOL/VOL) в течение 30 минут, затем промойте деионизированной водой несколько раз, пока pH не станет нейтральным, и, наконец, высохнуть чистым азотом. Сборка LBL выполняется с использованием автоматического оборудования. Субстрат попеременно пропитали в растворе CE (0,2 мг/мл) и растворе PAA (0,2 мг/мл), каждый раствор пропитали в течение 4 минут. Три полоскания промокания по 1 мин каждая в деионизированной воде проводили между каждым раствором, впитывающимся, чтобы удалить слабо прикрепленный полимер. Значения pH раствора сборки и раствора для полоскания были скорректированы до рН 2.0. Подготовленные пленки обозначены как (CE/PAA) N, где n обозначает цикл сборки. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 и (HPC/PAA) 30 были в основном подготовлены.
Характеристика фильма:
Спектры почти нормального отражения были зарегистрированы и проанализированы с помощью Optics Nanocalc-XR Optics, и была измерена толщина пленок, нанесенных на кремний. В качестве фона в качестве фонового субстрата пустой кремниевой субстрат спектр FT-IR тонкой пленки на кремниевой субстрате собирали на инфракрасном спектрометре Nicolet 8700.
Взаимодействие водородной связи между PAA и CES:
Сборка HEC, MC и HPC с PAA в фильмы LBL. Инфракрасные спектры HEC/PAA, MC/PAA и HPC/PAA показаны на рисунке. Сильные ИК -сигналы PAA и CES могут четко наблюдать в ИК -спектрах HEC/PAA, MC/PAA и HPC/PAA. Спектроскопия FT-IR может анализировать комплексообразование водородных связей между PAA и CES путем мониторинга сдвига характерных полос поглощения. Водородная связь между CES и PAA в основном происходит между гидроксильным кислородом CES и группой COOH PAA. После образования водородной связи образуется красный красный цвет растягивания в направлении низкой частоты.
Пик 1710 см-1 наблюдался для чистого порошка PAA. Когда полиакриламид был собран в пленки с различными CES, пики пленок HEC/PAA, MC/PAA и MPC/PAA были расположены в 1718 см-1, 1720 см-1 и 1724 см-1 соответственно. По сравнению с чистым порошком PAA, пиковые длина HPC/PAA, MC/PAA и HEC/PAA сдвинулись на 14, 10 и 8 см -1 соответственно. Водородная связь между эфиром кислорода и COOH прерывает водородную связь между группами COOH. Чем больше водородных связей образуются между PAA и CE, тем выше пиковое сдвиг CE/PAA в ИК -спектрах. HPC имеет самую высокую степень комплексообразования водородных связей, PAA и MC находятся в середине, а HEC - самая низкая.
Поведение роста композитных пленок PAA и CES:
Пленое формирующее поведение PAA и CES во время сборки LBL было исследовано с использованием QCM и спектральной интерферометрии. QCM эффективен для мониторинга роста пленки in situ в течение первых нескольких циклов сборки. Спектральные интерферометры подходят для фильмов, выращенных в течение 10 циклов.
Пленка HEC/PAA показала линейный рост на протяжении всего процесса сборки LBL, в то время как пленки MC/PAA и HPC/PAA продемонстрировали экспоненциальный рост на ранних стадиях сборки и затем превратились в линейный рост. В области линейного роста, чем выше степень комплексообразования, тем выше рост толщины на цикл сборки.
Влияние рН раствора на рост пленки:
Значение pH раствора влияет на рост композитной пленки полимерной полимерной связи. Как слабый полиэлектролит, PAA будет ионизирован и отрицательно заряжена по мере увеличения pH раствора, тем самым ингибируя ассоциацию водородных связей. Когда степень ионизации PAA достигла определенного уровня, PAA не может собраться в пленку с акцепторами водородных связей в LBL.
Толщина пленки уменьшилась с увеличением pH раствора, а толщина пленки внезапно уменьшалась при pH2,5 HPC/PAA и PH3.0-3,5 HPC/PAA. Критическая точка HPC/PAA составляет около 3,5 pH, а точка HEC/PAA составляет около 3,0. Это означает, что когда pH раствора сборки выше 3,5, пленка HPC/PAA не может быть сформирована, и когда pH раствора выше 3,0, пленка HEC/PAA не может быть сформирована. Из -за более высокой степени комплексообразования водородной связи мембраны HPC/PAA критическое значение pH мембраны HPC/PAA выше, чем у мембраны HEC/PAA. В не содержащем соль раствор критические значения pH комплексов, образованных HEC/PAA, MC/PAA и HPC/PAA, составляли около 2,9, 3,2 и 3,7 соответственно. Критический рН HPC/PAA выше, чем у HEC/PAA, что согласуется с PH у мембраны LBL.
Производительность поглощения воды в мембране CE/ PAA:
CES богат гидроксильными группами, так что он имеет хорошее поглощение воды и удержание воды. Принимая мембрану HEC/PAA в качестве примера, была изучена адсорбционная способность мембраны CE/PAA, связанной с водородом, к воде в окружающей среде. Характеризуя спектральную интерферометрию, толщина пленки увеличивается, когда пленка поглощает воду. Он был помещен в среду с регулируемой влажностью при 25 ° С в течение 24 часов для достижения равновесия водного поглощения. Пленки сушали в вакуумной печи (40 ° С) в течение 24 часов, чтобы полностью удалить влагу.
По мере увеличения влажности пленка сгущается. В области низкой влажности 30%-50%рост толщины является относительно медленным. Когда влажность превышает 50%, толщина быстро растет. По сравнению с водородной мембраной PVPON/PAA мембрана HEC/PAA может поглощать больше воды из окружающей среды. При условии относительной влажности 70%(25 ° C) диапазон утолщения пленки PVPON/PAA составляет около 4%, в то время как пленка HEC/PAA составляет около 18%. Результаты показали, что, хотя определенное количество групп ОН в системе HEC/PAA участвовало в формировании водородных связей, в окружающей среде все еще наблюдалось значительное количество групп ОН, взаимодействующих с водой. Следовательно, система HEC/PAA обладает хорошими водными поглощениями.
в заключение
(1) Система HPC/PAA с самой высокой степенью водородной связи CE, а PAA имеет самый быстрый рост среди них, MC/PAA находится в середине, а HEC/PAA - самый низкий.
(2) Пленка HEC/PAA показала линейный режим роста на протяжении всего процесса подготовки, в то время как две другие пленки MC/PAA и HPC/PAA показали экспоненциальный рост в первых нескольких циклах, а затем превратились в линейный режим роста.
(3) Рост пленки CE/PAA имеет сильную зависимость от pH решения. Когда pH решения выше, чем его критическая точка, PAA и CE не могут собираться в пленку. Собранная мембрана CE/PAA была растворимой в растворах с высоким pH.
(4) Поскольку пленка CE/PAA богата OH и COOH, термообработка делает ее сшитой. Мембрана сшитой сшитой CE/PAA обладает хорошей стабильностью и нерастворим в растворах с высоким pH.
(5) Фильм CE/PAA обладает хорошей адсорбционной способностью для воды в окружающей среде.
Время сообщения: 18-2023 февраля