Araştırma arka planı
Doğal, bol ve yenilenebilir bir kaynak olarak selüloz, eritme ve sınırlı çözünürlük özellikleri nedeniyle pratik uygulamalarda büyük zorluklarla karşılaşır. Selüloz yapısındaki yüksek kristallik ve yüksek yoğunluklu hidrojen bağları, bulundurma işlemi sırasında bozulmasını sağlar, ancak eriymez ve su ve çoğu organik çözücüde çözünmez. Türevleri, hidroksil gruplarının polimer zincirindeki anhidroglukoz birimleri üzerindeki esterleştirilmesi ve eterleştirilmesi ile üretilir ve doğal selüloz ile karşılaştırıldığında bazı farklı özellikler sergileyecektir. Selülozun eterleştirme reaksiyonu, metil selüloz (MC), hidroksietil selüloz (HEC) ve hidroksipropil selüloz (HPC) gibi birçok suda çözünür selüloz eter üretebilir. Suda çözünür CE, polikarboksilik asitler ve polifenollerle hidrojen bağlı polimerler oluşturabilir.
Katman katman montajı (LBL), polimer kompozit ince filmlerin hazırlanması için etkili bir yöntemdir. Aşağıdakiler esas olarak HEC, MC ve HPC'nin üç farklı CE'sinin PAA ile LBL montajını tanımlar, montaj davranışlarını karşılaştırır ve ikame edicilerin LBL düzeneği üzerindeki etkisini analiz eder. PH'ın film kalınlığı üzerindeki etkisini ve pH'ın film oluşumu ve çözünmesi üzerindeki farklı farklılıklarını araştırın ve CE/PAA'nın su emme özelliklerini geliştirin.
Deneysel Malzemeler:
Poliakrilik asit (PAA, MW = 450.000). % 2Wt. Sulu hidroksietilselüloz (HEC) çözeltisinin viskozitesi 300 MPa · s'dir ve ikame derecesi 2.5'tir. Metilselüloz (MC, 400 MPa · s viskozitesi ve 1.8 ikame derecesine sahip% 2Wt. Sulu bir çözelti). Hidroksipropil selüloz (HPC, 400 MPa · s viskozitesi ve 2.5 ikame derecesine sahip% 2Wt. Sulu bir çözelti).
Film Hazırlığı:
25 ° C'de silikon üzerinde sıvı kristal tabaka düzeneği ile hazırlanmıştır. Slayt matrisinin tedavi yöntemi aşağıdaki gibidir: 30 dakika boyunca asidik çözelti (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/hacim) içine batırın, daha sonra pH nötr hale gelene kadar birkaç kez deiyonize su ile durulayın ve son olarak saf azot ile kuruyun. LBL montajı otomatik makineler kullanılarak yapılır. Substrat dönüşümlü olarak CE çözeltisi (0.2 mg/mL) ve PAA çözeltisi (0.2 mg/mL) içine batırıldı, her bir çözelti 4 dakika ıslatıldı. Gevşek bağlı polimeri uzaklaştırmak için her bir çözelti ıslatma arasında deiyonize su içinde her biri 1 dakikalık üç durulama ıslatma yapıldı. Montaj çözeltisinin pH değerleri ve durulama çözeltisi pH 2.0 olarak ayarlandı. Hazırlanan filmler (CE/PAA) N olarak gösterilir, burada N montaj döngüsünü belirtir. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 ve (HPC/PAA) 30 esas olarak hazırlandı.
Film karakterizasyonu:
Normale yakın yansıtma spektrumları kaydedildi ve nanokal-xr okyanus optikleri ile analiz edildi ve silikon üzerine biriken filmlerin kalınlığı ölçüldü. Arka plan olarak boş bir silikon substratı ile, silikon substrat üzerindeki ince filmin FT-IR spektrumu bir Nicolet 8700 kızılötesi spektrometresinde toplandı.
PAA ve CES arasındaki hidrojen bağı etkileşimleri:
HEC, MC ve HPC'nin LBL filmlerine PAA ile montajı. HEC/PAA, MC/PAA ve HPC/PAA'nın kızılötesi spektrumları şekilde gösterilmiştir. PAA ve CES'in güçlü IR sinyalleri, HEC/PAA, MC/PAA ve HPC/PAA'nın IR spektrumlarında açıkça görülebilir. FT-IR spektroskopisi, karakteristik absorpsiyon bantlarının kaymasını izleyerek PAA ve CES arasındaki hidrojen bağ kompleksini analiz edebilir. CES ve PAA arasındaki hidrojen bağı esas olarak CES'in hidroksil oksijeni ile COOH PAA grubu arasında meydana gelir. Hidrojen bağı oluştuktan sonra, germe tepe kırmızısı düşük frekans yönüne geçer.
Saf PAA tozu için 1710 cm-pik gözlenmiştir. Poliakrilamid farklı CE'lere sahip filmlere monte edildiğinde, HEC/PAA, MC/PAA ve MPC/PAA filmlerinin zirveleri sırasıyla 1718 cm-1, 1720 cm-1 ve 1724 cm-1'de bulundu. Saf PAA tozu ile karşılaştırıldığında, HPC/PAA, MC/PAA ve HEC/PAA filmlerinin tepe uzunlukları sırasıyla 14, 10 ve 8 cm - 1 değişti. Eter oksijen ve COOH arasındaki hidrojen bağı, COOH grupları arasındaki hidrojen bağını keser. PAA ve CE arasında ne kadar fazla hidrojen bağı oluşursa, IR spektrumlarında CE/PAA'nın tepe kayması o kadar büyük olur. HPC en yüksek hidrojen bağı kompleksine sahiptir, PAA ve MC ortada ve HEC en düşüktür.
PAA ve CES'in kompozit filmlerinin büyüme davranışı:
LBL düzeneği sırasında PAA ve CES'in film oluşturma davranışı QCM ve spektral interferometri kullanılarak araştırıldı. QCM, ilk birkaç montaj döngüsü boyunca film büyümesini yerinde izlemek için etkilidir. Spektral interferometreler, 10 döngüden fazla yetiştirilen filmler için uygundur.
HEC/PAA filmi, LBL montaj işlemi boyunca doğrusal bir büyüme gösterirken, MC/PAA ve HPC/PAA filmleri montajın ilk aşamalarında üstel bir büyüme gösterdi ve daha sonra doğrusal bir büyümeye dönüştürüldü. Doğrusal büyüme bölgesinde, kompleks derecesi ne kadar yüksek olursa, montaj döngüsü başına kalınlık büyümesi o kadar büyük olur.
Çözüm pH'ının film büyümesi üzerindeki etkisi:
Çözeltinin pH değeri, hidrojen bağlı polimer kompozit filminin büyümesini etkiler. Zayıf bir polielektrolit olarak PAA, çözeltinin pH'ı arttıkça iyonize olacak ve negatif yüklenecek, böylece hidrojen bağı ilişkisini inhibe edecektir. PAA'nın iyonizasyon derecesi belirli bir seviyeye ulaştığında, PAA LBL'de hidrojen bağı alıcıları olan bir filme giremedi.
Film kalınlığı, pH çözeltisi artışı ile azaldı ve film kalınlığı pH2.5 hpc/paa ve pH3.0-3.5 hpc/paa'da aniden azaldı. HPC/PAA'nın kritik noktası yaklaşık pH 3.5, HEC/PAA'nınki ise yaklaşık 3.0'dır. Bu, montaj çözeltisinin pH'ının 3.5'ten yüksek olduğunda, HPC/PAA filmi oluşamadığı ve çözeltinin pH'ının 3.0'dan yüksek olduğunda, HEC/PAA filminin oluşamadığı anlamına gelir. HPC/PAA membranının daha yüksek hidrojen bağı komplekslenmesi nedeniyle, HPC/PAA membranının kritik pH değeri HEC/PAA membranından daha yüksektir. Tuzsuz çözeltide, HEC/PAA, MC/PAA ve HPC/PAA tarafından oluşturulan komplekslerin kritik pH değerleri sırasıyla yaklaşık 2.9, 3.2 ve 3.7 idi. HPC/PAA'nın kritik pH'sı, LBL membranınınkiyle tutarlı olan HEC/PAA'dan daha yüksektir.
CE/ PAA membranının su emme performansı:
CES, su emilimine ve su tutmaya sahip olması için hidroksil grupları bakımından zengindir. HEC/PAA membranını örnek olarak alarak, hidrojen bağlı CE/PAA membranının çevredeki suya adsorpsiyon kapasitesi incelenmiştir. Spektral interferometri ile karakterize edilen film suyu emdikçe film kalınlığı artar. Su emme dengesi elde etmek için 24 saat boyunca 25 ° C'de ayarlanabilir nemi olan bir ortama yerleştirildi. Filmler, nemi tamamen çıkarmak için 24 saat boyunca bir vakum fırında (40 ° C) kurutuldu.
Nem arttıkça film kalınlaşır. %30-%50'lik düşük nem alanında, kalınlık büyümesi nispeten yavaştır. Nem%50'yi aştığında, kalınlık hızla büyür. Hidrojen bağlı PVPON/PAA membranı ile karşılaştırıldığında, HEC/PAA membranı ortamdan daha fazla su emebilir. %70 (25 ° C) bağıl nem durumu altında, PVPON/PAA filminin kalınlaşma aralığı yaklaşık%4'tür, HEC/PAA filmi ise yaklaşık%18 kadar yüksektir. Sonuçlar, HEC/PAA sistemindeki belirli miktarda OH grubunun hidrojen bağlarının oluşumuna katılmasına rağmen, hala çevrede su ile etkileşime giren önemli sayıda OH grubunun olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, HEC/PAA sistemi iyi su emme özelliklerine sahiptir.
Sonuç olarak
(1) CE ve PAA'nın en yüksek hidrojen bağlanma derecesine sahip HPC/PAA sistemi, aralarında en hızlı büyümeye sahiptir, MC/PAA ortada ve HEC/PAA en düşüktür.
(2) HEC/PAA filmi hazırlık işlemi boyunca doğrusal bir büyüme modu gösterirken, diğer iki film MC/PAA ve HPC/PAA ilk birkaç döngüde üstel bir büyüme gösterdi ve daha sonra doğrusal bir büyüme moduna dönüştürüldü.
(3) CE/PAA filminin büyümesi pH çözeltisine güçlü bir bağımlılığa sahiptir. PH çözeltisi kritik noktasından daha yüksek olduğunda, PAA ve CE bir filme giremez. Birleştirilmiş CE/PAA zarı, yüksek pH çözeltilerinde çözünürdü.
(4) CE/PAA filmi OH ve COOH açısından zengin olduğundan, ısıl işlem onu çapraz bağlı hale getirir. Çapraz bağlı CE/PAA zarının iyi bir stabilitesine sahiptir ve yüksek pH çözeltilerinde çözünmez.
(5) CE/PAA filmi, ortamdaki su için iyi adsorpsiyon kapasitesine sahiptir.
Gönderme Zamanı: 18-2023 Şubat