Позадина на истражување
Како природен, изобилен и обновлив ресурс, целулозата се соочува со големи предизвици во практичните апликации заради неговите не-топени и ограничени својства на растворливост. Високата кристалност и водородните врски со висока густина во структурата на целулозата го прават деградирано, но не се топи за време на процесот на поседување и нерастворливи во вода и повеќето органски растворувачи. Нивните деривати се произведуваат со естерификација и етерификација на хидроксилните групи на единиците за анхидроглукоза во полимерниот ланец и ќе покажат некои различни својства во споредба со природната целулоза. Реакцијата на етерификација на целулозата може да генерира многу растворливи во вода целулоза етири, како што се метил целулоза (MC), хидроксиетил целулоза (HEC) и хидроксипропил целулоза (HPC), кои широко се користат во храна, козметика, во фармацевтика и лекови. Растворлив во вода CE може да формира полимери поврзани со водород со поликарбоксилни киселини и полифеноли.
Склопување со слој по слој (LBL) е ефикасен метод за подготовка на полимерни композитни тенки филмови. Следното главно го опишува склопот на LBL на три различни CES на HEC, MC и HPC со PAA, го споредува нивното однесување на собранието и го анализира влијанието на супституентите врз склопот на LBL. Истражете го ефектот на pH врз дебелината на филмот и различните разлики на pH на формирање и растворање на филмот и развијте ги својствата на апсорпција на водата на CE/PAA.
Експериментални материјали:
Полиакрилна киселина (PAA, MW = 450,000). Вискозноста на 2WT.% Воден раствор на хидроксиетилцелулоза (HEC) е 300 MPa ·, а степенот на замена е 2,5. Метилцелулоза (MC, 2WT.% Воден раствор со вискозност од 400 MPa · S и степен на замена од 1,8). Хидроксипропил целулоза (HPC, 2WT.% Воден раствор со вискозност од 400 MPa · S и степен на замена од 2,5).
Подготовка на филмот:
Подготвено со склоп на течен кристален слој на силикон на 25 ° C. Методот на третман на матрицата за слајдови е како што следува: Впие во кисели раствор (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/Vol) за 30 мин, а потоа исплакнете со деонизирана вода неколку пати додека pH не стане неутрална, и конечно исушете со чист азот. LBL склопот се изведува со употреба на автоматска машинерија. Подлогата наизменично беше натопен во раствор CE (0,2 mg/ml) и раствор на PAA (0,2 mg/ml), секое решение беше натопено за 4 мин. Три натопување на плакнење од 1 мин. Секоја во деонизирана вода беа извршени помеѓу секој раствор натопено за да се отстрани лабаво прицврстениот полимер. Вредностите на pH на растворот за склопување и растворот за плакнење беа прилагодени на pH 2.0. Подготвените филмови се означуваат како (CE/PAA) n, каде што N го означува циклусот на склопување. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 и (HPC/PAA) 30 главно беа подготвени.
Карактеризација на филмот:
Беше снимено и анализирани скоро нормални рефлексија спектар на рефлексија со океанска оптика нанокалк-ХР, а се мери дебелината на филмовите депонирани на силикон. Со празен силиконски подлога како позадина, спектарот FT-IR на тенкиот филм на силиконскиот подлога беше собран на инфрацрвен спектрометар Nicolet 8700.
Интеракции на водородна врска помеѓу ПАА и ЦЕС:
Собрание на HEC, MC и HPC со PAA во LBL филмови. Инфрацрвените спектар на HEC/PAA, MC/PAA и HPC/PAA се прикажани на сликата. Силните IR сигнали на PAA и CES можат јасно да се забележат во IR спектарот на HEC/PAA, MC/PAA и HPC/PAA. FT-IR спектроскопија може да ја анализира комплексот на водородна врска помеѓу PAA и CES со следење на смената на карактеристичните ленти за апсорпција. Водородното сврзување помеѓу CES и PAA главно се јавува помеѓу хидроксил кислород на CES и групата COOH на PAA. Откако ќе се формира водородната врска, врвот на истегнување на црвените се менува во насока на ниска фреквенција.
Забележан е врв од 1710 cm-1 за чист PAA во прав. Кога полиакриламид се собрал во филмови со различни CES, врвовите на филмовите HEC/PAA, MC/PAA и MPC/PAA се наоѓале на 1718 cm-1, 1720 cm-1 и 1724 cm-1, соодветно. Во споредба со чистиот PAA во прав, врвните должини на филмовите HPC/PAA, MC/PAA и HEC/PAA се префрлија за 14, 10 и 8 cm - 1, соодветно. Водородната врска помеѓу етер кислородот и COOH ја прекинува водородната врска помеѓу групите COOH. Колку повеќе водородни врски се формираат помеѓу PAA и CE, толку е поголема врвната промена на CE/PAA во IR спектар. HPC има најголем степен на комплексна водородна врска, PAA и MC се во средина, а HEC е најнизок.
Однесување на раст на композитни филмови на PAA и CES:
Однесувањето на филмот за формирање на PAA и CES за време на LBL склопувањето беше испитано со употреба на QCM и спектрална интерферометрија. QCM е ефикасен за следење на растот на филмот на лице место во текот на првите неколку циклуси на склопување. Спектралните интерферометри се погодни за филмови одгледувани над 10 циклуси.
Филмот HEC/PAA покажа линеарен раст во текот на процесот на склопување LBL, додека филмовите MC/PAA и HPC/PAA покажаа експоненцијален раст во раните фази на склопување и потоа се претворија во линеарен раст. Во линеарниот регион на раст, колку е поголем степенот на комплексот, толку е поголем растот на дебелината по циклус на склопување.
Ефект на pH на решението врз растот на филмот:
PH вредноста на растворот влијае на растот на водородното поврзано полимерниот композитен филм. Како слаб полиелектролит, ПАА ќе биде јонизирана и негативно наполнета со зголемувањето на pH вредноста на растворот, а со тоа го инхибира асоцијацијата на водородни врски. Кога степенот на јонизација на ПАА достигна одредено ниво, ПАА не можеше да се собере во филм со прифаќачи на водородни врски во LBL.
Дебелината на филмот се намали со зголемувањето на pH растворот, а дебелината на филмот се намали ненадејно на PH2.5 HPC/PAA и PH3.0-3,5 HPC/PAA. Критичката точка на HPC/PAA е околу pH 3,5, додека онаа на HEC/PAA е околу 3,0. Ова значи дека кога pH вредноста на растворот на склопување е поголема од 3,5, филмот HPC/PAA не може да се формира, и кога pH на решението е повисока од 3,0, филмот HEC/PAA не може да се формира. Поради повисокиот степен на комплексна водородна врска на мембраната HPC/PAA, критичната pH вредност на мембраната HPC/PAA е поголема од онаа на мембраната HEC/PAA. Во растворот без сол, критичните вредности на pH на комплексите формирани од HEC/PAA, MC/PAA и HPC/PAA беа околу 2,9, 3,2 и 3,7, соодветно. Критичката pH вредност на HPC/PAA е повисока од онаа на HEC/PAA, што е во согласност со онаа на LBL мембраната.
Перформанси за апсорпција на вода на мембрана CE/ PAA:
CES е богат со хидроксилни групи, така што има добра апсорпција на вода и задржување на водата. Преземајќи ја мембраната HEC/PAA како пример, беше изучуван капацитетот на адсорпција на мембраната CE/PAA врзана со водород на вода во околината. Карактеризирана со спектрална интерферометрија, дебелината на филмот се зголемува додека филмот апсорбира вода. Беше поставена во околина со прилагодлива влажност на 25 ° C за 24 часа за да се постигне рамнотежа на апсорпција на вода. Филмовите беа исушени во вакуумска рерна (40 ° C) за 24 часа за целосно да се отстрани влагата.
Како што се зголемува влажноста, филмот се згуснува. Во областа на ниска влажност од 30%-50%, растот на дебелината е релативно бавен. Кога влажноста надминува 50%, дебелината рапидно расте. Во споредба со мембраната PVPON/PAA-врзана со водород, мембраната HEC/PAA може да апсорбира повеќе вода од околината. Под услов на релативна влажност од 70%(25 ° C), опсегот на задебелување на филмот PVPON/PAA е околу 4%, додека оној на филмот HEC/PAA е толку висок како околу 18%. Резултатите покажаа дека иако одредена количина на групи на ОХ во системот ХЕЦ/ПАА учествуваше во формирање на водородни врски, сè уште имаше значителен број на групи на ОХ кои комуницираат со вода во околината. Затоа, системот HEC/PAA има добри својства за апсорпција на вода.
Како заклучок
(1) Системот HPC/PAA со највисок степен на сврзување со водород на CE и PAA има најбрз раст меѓу нив, MC/PAA е во средина, а HEC/PAA е најнизок.
(2) Филмот HEC/PAA покажа линеарен режим на раст во текот на целиот процес на подготовка, додека другите два филма MC/PAA и HPC/PAA покажаа експоненцијален раст во првите неколку циклуси, а потоа се претворија во линеарен режим на раст.
(3) Растот на филмот CE/PAA има силна зависност од pH на растворот. Кога pH на решението е повисока од неговата критична точка, PAA и CE не можат да се соберат во филм. Собраната мембрана CE/PAA беше растворлива во раствори со висока pH вредност.
(4) Бидејќи филмот CE/PAA е богат со OH и COOH, третманот со топлина го прави вкрстено поврзан. Вкрстената поврзана мембрана CE/PAA има добра стабилност и е нерастворлива во раствори со висока pH вредност.
(5) Филмот CE/PAA има добар капацитет за адсорпција на вода во околината.
Време на објавување: февруари-18-2023 година