Nghiên cứu nền tảng
Là một nguồn tài nguyên tự nhiên, phong phú và có thể tái tạo, Cellulose gặp phải những thách thức lớn trong các ứng dụng thực tế do các đặc tính hòa tan không chuyển động và hạn chế của nó. Các liên kết hydro tinh thể cao và mật độ cao trong cấu trúc cellulose làm cho nó xuống cấp nhưng không tan chảy trong quá trình sở hữu, và không hòa tan trong nước và hầu hết các dung môi hữu cơ. Các dẫn xuất của chúng được tạo ra bằng cách ester hóa và etherization của các nhóm hydroxyl trên các đơn vị anhydroglucose trong chuỗi polymer, và sẽ thể hiện một số tính chất khác nhau so với cellulose tự nhiên. Phản ứng ether hóa của cellulose có thể tạo ra nhiều ete cellulose tan trong nước, như methyl cellulose (MC), hydroxyethyl cellulose (HEC) và hydroxypropyl cellulose (HPC), được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, mỹ phẩm, trong dược phẩm và y học. CE hòa tan trong nước có thể tạo thành các polyme liên kết hydro với axit polycarboxylic và polyphenol.
Lắp ráp từng lớp (LBL) là một phương pháp hiệu quả để chuẩn bị màng mỏng polymer composite. Sau đây chủ yếu mô tả sự lắp ráp LBL của ba CE khác nhau của HEC, MC và HPC với PAA, so sánh hành vi lắp ráp của chúng và phân tích ảnh hưởng của các nhóm thế đối với lắp ráp LBL. Điều tra ảnh hưởng của pH đến độ dày màng và sự khác biệt khác nhau của pH đối với sự hình thành và hòa tan màng, và phát triển các đặc tính hấp thụ nước của CE/PAA.
Vật liệu thử nghiệm:
Axit polyacrylic (PAA, MW = 450.000). Độ nhớt của dung dịch nước 2WT.% Của hydroxyethylcellulose (HEC) là 300 MPa · s, và mức độ thay thế là 2,5. Methylcellulose (MC, dung dịch nước 2WT.% Có độ nhớt 400 MPa · s và mức độ thay thế 1,8). Hydroxypropyl cellulose (HPC, dung dịch nước 2WT.% Có độ nhớt 400 MPa · s và mức độ thay thế 2,5).
Chuẩn bị phim:
Chuẩn bị bằng cách lắp ráp lớp tinh thể lỏng trên silicon ở 25 ° C. Phương pháp xử lý của ma trận slide như sau: Ngâm dung dịch axit (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/vol) trong 30 phút, sau đó rửa sạch với nước khử ion nhiều lần cho đến khi pH trở nên trung tính và cuối cùng khô với nitơ nguyên chất. Lắp ráp LBL được thực hiện bằng máy móc tự động. Chất nền được ngâm xen kẽ trong dung dịch CE (0,2 mg/ml) và dung dịch PAA (0,2 mg/ml), mỗi dung dịch được ngâm trong 4 phút. Ba nước rửa ngâm 1 phút mỗi lần trong nước khử ion được thực hiện giữa mỗi dung dịch ngâm để loại bỏ polymer gắn lỏng lẻo. Các giá trị pH của dung dịch lắp ráp và dung dịch rửa đều được điều chỉnh thành pH 2.0. Các bộ phim được chuẩn bị được ký hiệu là (CE/PAA) n, trong đó n biểu thị chu kỳ lắp ráp. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 và (HPC/PAA) 30 chủ yếu được chuẩn bị.
Đặc tính phim:
Phổ phản xạ gần như bình thường đã được ghi lại và phân tích bằng quang học đại dương nanocalc-XR, và độ dày của màng lắng đọng trên silicon đã được đo. Với chất nền silicon trống làm nền, phổ FT-IR của màng mỏng trên đế silicon được thu thập trên máy quang phổ hồng ngoại Nicolet 8700.
Tương tác liên kết hydro giữa PAA và CES:
Lắp ráp HEC, MC và HPC với PAA thành phim LBL. Phổ hồng ngoại của HEC/PAA, MC/PAA và HPC/PAA được hiển thị trong hình. Các tín hiệu IR mạnh của PAA và CES có thể được quan sát rõ ràng trong phổ IR của HEC/PAA, MC/PAA và HPC/PAA. Quang phổ FT-IR có thể phân tích sự phức tạp liên kết hydro giữa PAA và CES bằng cách theo dõi sự thay đổi của các dải hấp thụ đặc trưng. Liên kết hydro giữa CES và PAA chủ yếu xảy ra giữa oxy hydroxyl của CES và nhóm COOH của PAA. Sau khi liên kết hydro được hình thành, độ cao màu đỏ kéo dài chuyển sang hướng tần số thấp.
Một đỉnh cao 1710 cm-1 đã được quan sát đối với bột PAA nguyên chất. Khi polyacrylamide được tập hợp thành các bộ phim với các CE khác nhau, các đỉnh của các bộ phim HEC/PAA, MC/PAA và MPC/PAA được đặt ở mức lần lượt là 1718 cm-1, 1720 cm-1 và 1724 cm-1. So với bột PAA nguyên chất, độ dài cực đại của màng HPC/PAA, MC/PAA và HEC/PAA đã thay đổi lần lượt 14, 10 và 8 cm 1. Liên kết hydro giữa oxy ether và COOH làm gián đoạn liên kết hydro giữa các nhóm COOH. Càng nhiều liên kết hydro được hình thành giữa PAA và CE, sự dịch chuyển cao nhất của CE/PAA trong phổ IR. HPC có mức độ phức tạp liên kết hydro cao nhất, PAA và MC ở giữa và HEC là thấp nhất.
Hành vi tăng trưởng của màng tổng hợp của PAA và CES:
Hành vi hình thành phim của PAA và CES trong quá trình lắp ráp LBL đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng QCM và giao thoa kế phổ. QCM có hiệu quả để theo dõi sự tăng trưởng phim tại chỗ trong vài chu kỳ lắp ráp đầu tiên. Giao thoa kế phổ phù hợp cho các bộ phim được phát triển trên 10 chu kỳ.
Phim HEC/PAA cho thấy sự tăng trưởng tuyến tính trong suốt quá trình lắp ráp LBL, trong khi màng MC/PAA và HPC/PAA cho thấy sự tăng trưởng theo cấp số nhân trong giai đoạn đầu của lắp ráp và sau đó biến thành sự tăng trưởng tuyến tính. Trong khu vực tăng trưởng tuyến tính, mức độ phức tạp càng cao, sự tăng trưởng độ dày trên mỗi chu kỳ lắp ráp càng lớn.
Hiệu quả của dung dịch pH đối với sự tăng trưởng phim:
Giá trị pH của dung dịch ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của màng tổng hợp polymer liên kết hydro. Là một polyelectrolyte yếu, PAA sẽ bị ion hóa và tích điện âm khi độ pH của dung dịch tăng, do đó ức chế liên kết hydro. Khi mức độ ion hóa của PAA đạt đến một mức độ nhất định, PAA không thể tập hợp thành một màng với các chất nhận liên kết hydro trong LBL.
Độ dày màng giảm khi tăng pH dung dịch và độ dày màng giảm đột ngột ở pH2,5 hPC/PAA và pH3.0-3,5 hPC/PAA. Điểm quan trọng của HPC/PAA là khoảng 3,5 pH, trong khi đó của HEC/PAA là khoảng 3.0. Điều này có nghĩa là khi độ pH của dung dịch lắp ráp cao hơn 3,5, màng HPC/PAA không thể được hình thành và khi độ pH của dung dịch cao hơn 3.0, màng HEC/PAA không thể được hình thành. Do mức độ phức tạp liên kết hydro cao hơn của màng HPC/PAA, giá trị pH tới hạn của màng HPC/PAA cao hơn so với màng HEC/PAA. Trong dung dịch không có muối, các giá trị pH tới hạn của các phức được hình thành bởi HEC/PAA, MC/PAA và HPC/PAA lần lượt là khoảng 2,9, 3,2 và 3,7. Độ pH quan trọng của HPC/PAA cao hơn HEC/PAA, phù hợp với màng LBL.
Hiệu suất hấp thụ nước của màng CE/ PAA:
CES rất giàu các nhóm hydroxyl để nó có khả năng hấp thụ nước và giữ nước tốt. Lấy màng HEC/PAA làm ví dụ, khả năng hấp phụ của màng CE/PAA liên kết hydro vào nước trong môi trường đã được nghiên cứu. Đặc trưng bởi giao thoa kế phổ, độ dày màng tăng lên khi màng hấp thụ nước. Nó được đặt trong một môi trường với độ ẩm có thể điều chỉnh ở 25 ° C trong 24 giờ để đạt được trạng thái cân bằng hấp thụ nước. Các màng được sấy khô trong lò chân không (40 ° C) trong 24 giờ để loại bỏ hoàn toàn độ ẩm.
Khi độ ẩm tăng lên, màng dày lên. Trong khu vực độ ẩm thấp 30%-50%, mức tăng trưởng độ dày tương đối chậm. Khi độ ẩm vượt quá 50%, độ dày tăng nhanh. So với màng PVPON/PAA liên kết hydro, màng HEC/PAA có thể hấp thụ nhiều nước hơn từ môi trường. Trong điều kiện độ ẩm tương đối 70%(25 ° C), phạm vi làm dày của màng PVPON/PAA là khoảng 4%, trong khi đó của màng HEC/PAA cao tới khoảng 18%. Kết quả cho thấy rằng mặc dù một số lượng một số nhóm OH nhất định trong hệ thống HEC/PAA đã tham gia vào việc hình thành các liên kết hydro, nhưng vẫn có một số lượng đáng kể các nhóm OH tương tác với nước trong môi trường. Do đó, hệ thống HEC/PAA có đặc tính hấp thụ nước tốt.
Kết luận
(1) Hệ thống HPC/PAA có mức độ liên kết hydro cao nhất của CE và PAA có mức tăng trưởng nhanh nhất trong số đó, MC/PAA ở giữa và HEC/PAA là thấp nhất.
.
(3) Sự phát triển của màng CE/PAA có sự phụ thuộc mạnh mẽ vào pH dung dịch. Khi pH dung dịch cao hơn điểm quan trọng của nó, PAA và CE không thể lắp ráp thành phim. Màng CE/PAA được lắp ráp đã hòa tan trong các dung dịch pH cao.
(4) Vì màng CE/PAA rất giàu OH và COOH, điều trị nhiệt khiến nó liên kết chéo. Màng CE/PAA liên kết chéo có độ ổn định tốt và không hòa tan trong các dung dịch pH cao.
(5) Phim CE/PAA có khả năng hấp phụ tốt cho nước trong môi trường.
Thời gian đăng: Tháng 2-18-2023