Истражувачка позадина
Како природен, изобилен и обновлив ресурс, целулозата се соочува со големи предизвици во практичната примена поради нејзините својства што не се топи и ограничена растворливост.Високиот кристалинитет и водородните врски со висока густина во структурата на целулозата ја прават да се разградува, но да не се топи за време на процесот на поседување, и да биде нерастворлив во вода и повеќето органски растворувачи.Нивните деривати се произведуваат со естерификација и етерификација на хидроксилните групи на анхидроглукозните единици во полимерниот синџир и ќе покажат некои различни својства во споредба со природната целулоза.Реакцијата на етерификација на целулоза може да генерира многу целулозни етери растворливи во вода, како што се метил целулоза (MC), хидроксиетил целулоза (HEC) и хидроксипропил целулоза (HPC), кои се широко користени во храната, козметиката, во фармацевтските производи и медицината.CE растворлив во вода може да формира полимери поврзани со водород со поликарбоксилни киселини и полифеноли.
Склопувањето слој-по-слој (LBL) е ефективен метод за подготовка на полимерни композитни тенки фолии.Следното главно го опишува LBL склопот на три различни CE на HEC, MC и HPC со PAA, го споредува нивното однесување на склопување и го анализира влијанието на супституентите врз склопувањето на LBL.Истражете го ефектот на pH врз дебелината на филмот и различните разлики на pH врз формирањето и растворањето на филмот и развијте ги својствата за апсорпција на вода на CE/PAA.
Експериментални материјали:
Полиакрилна киселина (PAA, Mw = 450.000).Вискозноста на 2 wt.% воден раствор на хидроксиетилцелулоза (HEC) е 300 mPa·s, а степенот на супституција е 2,5.Метилцелулоза (MC, 2 wt.% воден раствор со вискозитет од 400 mPa·s и степен на замена од 1,8).Хидроксипропил целулоза (HPC, 2 wt.% воден раствор со вискозитет од 400 mPa·s и степен на супституција од 2,5).
Подготовка на филмот:
Подготвено со склопување на слој од течни кристали на силициум на 25°C.Начинот на обработка на матрицата на лизгачот е следен: натопете во кисел раствор (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 мин, потоа исплакнете со дејонизирана вода неколку пати додека pH не стане неутрална и на крајот исушете со чист азот.Склопувањето на LBL се изведува со помош на автоматска машина.Подлогата беше наизменично натопена во CE раствор (0,2 mg/mL) и PAA раствор (0,2 mg/mL), секој раствор беше натопен 4 мин.Извршени се три плакнења од по 1 минута во дејонизирана вода помеѓу секое натопување со раствор за да се отстрани лабаво прицврстениот полимер.рН вредностите на склопниот раствор и растворот за плакнење беа прилагодени на pH 2,0.Како што се подготвени филмовите се означени како (CE/PAA)n, каде што n го означува циклусот на склопување.Главно беа подготвени (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 и (HPC/PAA)30.
Карактеризација на филмот:
Спектри на рефлексија речиси нормална беа снимени и анализирани со NanoCalc-XR Ocean Optics и беше измерена дебелината на филмовите депонирани на силикон.Со празен силиконски супстрат како позадина, FT-IR спектарот на тенкиот слој на силиконската подлога беше собран на инфрацрвен спектрометар Nicolet 8700.
Интеракции на водородни врски помеѓу PAA и CEs:
Склопување на HEC, MC и HPC со PAA во LBL филмови.Инфрацрвените спектри на HEC/PAA, MC/PAA и HPC/PAA се прикажани на сликата.Силните IR сигнали на PAA и CES може јасно да се забележат во IR спектрите на HEC/PAA, MC/PAA и HPC/PAA.FT-IR спектроскопијата може да ја анализира сложеноста на водородната врска помеѓу PAA и CES со следење на поместувањето на карактеристичните опсези на апсорпција.Водородната врска помеѓу CES и PAA главно се јавува помеѓу хидроксилниот кислород на CES и COOH групата на PAA.Откако ќе се формира водородната врска, црвениот врв на истегнување се префрла во насока на ниска фреквенција.
Забележан е врв од 1710 cm-1 за чист ПАА прашок.Кога полиакриламидот беше склопен во филмови со различни CE, врвовите на HEC/PAA, MC/PAA и MPC/PAA филмовите беа лоцирани на 1718 cm-1, 1720 cm-1 и 1724 cm-1, соодветно.Во споредба со чистиот прав PAA, врвните должини на филмовите HPC/PAA, MC/PAA и HEC/PAA се поместени за 14, 10 и 8 cm−1, соодветно.Водородната врска помеѓу етерскиот кислород и COOH ја прекинува водородната врска помеѓу COOH групите.Колку повеќе водородни врски се формираат помеѓу PAA и CE, толку е поголемо поместувањето на врвот на CE/PAA во IR спектрите.HPC има највисок степен на сложеност на водородната врска, PAA и MC се во средината, а HEC е најнизок.
Однесување на раст на композитни филмови на PAA и CE:
Однесувањето за формирање филм на PAA и CEs за време на склопувањето на LBL беше испитувано со користење на QCM и спектрална интерферометрија.QCM е ефикасен за следење на растот на филмот на самото место за време на првите неколку циклуси на склопување.Спектралните интерферометри се погодни за филмови израснати над 10 циклуси.
Филмот HEC/PAA покажа линеарен раст во текот на процесот на склопување на LBL, додека филмовите MC/PAA и HPC/PAA покажаа експоненцијален раст во раните фази на склопување, а потоа се трансформираа во линеарен раст.Во регионот на линеарен раст, колку е поголем степенот на сложеност, толку е поголем растот на дебелината по циклус на склопување.
Ефект на pH на растворот врз растот на филмот:
PH вредноста на растворот влијае на растот на водородно врзаниот полимерен композитен филм.Како слаб полиелектролит, ПАА ќе биде јонизиран и негативно наелектризиран како што се зголемува pH на растворот, а со тоа ќе ја инхибира асоцијацијата на водородната врска.Кога степенот на јонизација на PAA достигна одредено ниво, PAA не можеше да се состави во филм со акцептори на водородни врски во LBL.
Дебелината на филмот се намалува со зголемувањето на pH на растворот, а дебелината на филмот се намали наеднаш при pH2,5 HPC/PAA и pH3,0-3,5 HPC/PAA.Критичната точка на HPC/PAA е околу pH 3,5, додека онаа на HEC/PAA е околу 3,0.Ова значи дека кога pH на склопниот раствор е повисока од 3,5, HPC/PAA филмот не може да се формира, а кога pH на растворот е повисока од 3,0, HEC/PAA филмот не може да се формира.Поради повисокиот степен на сложеност на водородната врска на HPC/PAA мембраната, критичната pH вредност на HPC/PAA мембраната е повисока од онаа на HEC/PAA мембраната.Во раствор без сол, критичните pH вредности на комплексите формирани од HEC/PAA, MC/PAA и HPC/PAA беа околу 2,9, 3,2 и 3,7, соодветно.Критичната pH вредност на HPC/PAA е повисока од онаа на HEC/PAA, што е во согласност со онаа на LBL мембраната.
Перформанси на апсорпција на вода на CE/PAA мембраната:
CES е богат со хидроксилни групи, така што има добра апсорпција на вода и задржување на водата.Земајќи ја HEC/PAA мембраната како пример, беше проучен капацитетот на адсорпција на CE/PAA мембраната поврзана со водород со вода во околината.Се карактеризира со спектрална интерферометрија, дебелината на филмот се зголемува како што филмот ја апсорбира водата.Беше поставен во средина со прилагодлива влажност на 25°C во текот на 24 часа за да се постигне рамнотежа на апсорпција на вода.Филмовите се сушат во вакуумска печка (40 °C) 24 часа за целосно отстранување на влагата.
Како што се зголемува влажноста, филмот се згуснува.Во областа со ниска влажност од 30%-50%, растот на дебелината е релативно бавен.Кога влажноста надминува 50%, дебелината расте брзо.Во споредба со мембраната PVPON/PAA поврзана со водород, HEC/PAA мембраната може да апсорбира повеќе вода од околината.Во услови на релативна влажност од 70% (25°C), опсегот на згуснување на PVPON/PAA филмот е околу 4%, додека оној на HEC/PAA филмот е дури околу 18%.Резултатите покажаа дека иако одредена количина OH групи во системот HEC/PAA учествуваа во формирањето на водородни врски, сепак имаше значителен број OH групи кои комуницираат со водата во околината.Затоа, системот HEC/PAA има добри својства за апсорпција на вода.
Во заклучок
(1) Системот HPC/PAA со највисок степен на водородна врска CE и PAA има најбрз раст меѓу нив, MC/PAA е во средината, а HEC/PAA е најнизок.
(2) HEC/PAA филмот покажа линеарен режим на раст во текот на процесот на подготовка, додека другите два филма MC/PAA и HPC/PAA покажаа експоненцијален раст во првите неколку циклуси, а потоа се трансформираа во режим на линеарен раст.
(3) Растот на CE/PAA филмот има силна зависност од pH на растворот.Кога pH на растворот е повисока од неговата критична точка, PAA и CE не можат да се соберат во филм.Склопената CE/PAA мембрана беше растворлива во раствори со висока pH вредност.
(4) Бидејќи CE/PAA филмот е богат со OH и COOH, термичката обработка го прави вкрстено поврзан.Вкрстено поврзаната CE/PAA мембрана има добра стабилност и е нерастворлива во раствори со висока pH вредност.
(5) CE/PAA филмот има добар капацитет за адсорпција на вода во околината.
Време на објавување: 18 февруари 2023 година