Kutatási háttér
Természetes, bőséges és megújuló erőforrásként a cellulóz nagy kihívásokkal szembesül a gyakorlati alkalmazásokban, nem olvadás és korlátozott oldhatósági tulajdonságai miatt. A cellulózszerkezetben a nagy kristályosság és a nagy sűrűségű hidrogénkötések lebontják, de nem olvadnak a birtoklási folyamat során, és oldhatatlanok a vízben és a legtöbb szerves oldószerben. Származékaikat a polimer lánc anhidroglukózegységén lévő hidroxilcsoportok észterezésével és éterikációjával állítják elő, és a természetes cellulózhoz képest különféle tulajdonságokat mutatnak. A cellulóz éterezési reakciója számos vízben oldódó cellulóz-etiket generálhat, például metil-cellulóz (MC), hidroxi-etil-cellulóz (HEC) és hidroxi-propil-cellulóz (HPC), amelyeket széles körben használnak az élelmiszerekben, a kozmetikumokban, a gyógyszerészekben és az orvostudományban. A vízben oldódó CE hidrogénkötésű polimereket képezhet polikarbonsavakkal és polifenolokkal.
A rétegenkénti összeszerelés (LBL) hatékony módszer a polimer kompozit vékony fóliák előállítására. Az alábbiakban elsősorban a HEC, az MC és a HPC három különböző CES -összeállítását írják le a PAA -val, összehasonlítják az összeszerelési viselkedést, és elemzik a szubsztituensek hatását az LBL összeszerelésére. Vizsgálja meg a pH -nak a film vastagságára gyakorolt hatását, valamint a pH eltérő különbségeit a filmképződésre és az oldódásra, és fejlessze ki a CE/PAA vízelnyelés tulajdonságait.
Kísérleti anyagok:
Polyakrilsav (PAA, MW = 450 000). A hidroxi -etil -cellulóz (HEC) 2Wt% vizes oldatának viszkozitása 300 MPa · S, és a szubsztitúció mértéke 2,5. Metil -cellulóz (MC, 2Wt% vizes oldat, 400 MPa · viszkozitással és 1,8 -as helyettesítésével). Hidroxi -propil -cellulóz (HPC, 2Wt% vizes oldat, 400 MPa · viszkozitással és 2,5 fokos helyettesítéssel).
Filmkészítés:
Folyékony kristályréteg -szerelvény előkészítette a szilíciumon 25 ° C -on. A csúszómátrix kezelési módja a következő: áztatja savas oldatban (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/térfogat) 30 percig, majd többször öblítse le ionmentesített vízzel, amíg a pH semleges, és végül tiszta nitrogénnel megszárad. Az LBL összeszerelést automatikus gépekkel hajtják végre. A szubsztrátot felváltva áztattuk CE -oldatban (0,2 mg/ml) és PAA -oldatban (0,2 mg/ml), mindegyik oldatot 4 percig átitatottuk. Mindegyik oldat között három öblítő áztatást végeztünk 1 percig, mindegyik oldat között, hogy eltávolítsuk a lazán rögzített polimert. Az összeszerelő oldat pH -értékeit és az öblítő oldatot egyaránt beállítjuk a pH 2,0 -re. Az előkészített filmeket (CE/PAA) n-nek jelöljük, ahol N az összeszerelési ciklust jelöli. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 és (HPC/PAA) 30 elsősorban.
Film jellemzése:
A normál reflexiós spektrumokat regisztráltuk és nanocalc-XR óceánoptikával elemeztük, és a szilíciumon lerakódott filmek vastagságát megmértük. Egy üres szilícium-szubsztrátummal a háttérként a szilícium szubsztráton lévő vékonyréteg FT-IR spektrumát egy Nicolet 8700 infravörös spektrométerrel gyűjtöttük.
Hidrogénkötés -kölcsönhatások a PAA és a CES között:
A HEC, az MC és a HPC összeszerelése a PAA -val az LBL filmekbe. A HEC/PAA, MC/PAA és HPC/PAA infravörös spektrumait az ábra mutatja. A PAA és a CES erős IR jelei egyértelműen megfigyelhetők a HEC/PAA, MC/PAA és HPC/PAA IR spektrumában. Az FT-IR spektroszkópia elemezheti a PAA és a CE-k közötti hidrogénkötési komplexációt a jellemző abszorpciós sávok eltolódásának megfigyelésével. A CES és a PAA közötti hidrogénkötés elsősorban a CES hidroxil -oxigénje és a PAA COOH csoportja között fordul elő. A hidrogénkötés kialakulása után a nyújtó csúcs piros az alacsony frekvenciájú irányba vált.
A tiszta PAA por esetében 1710 cm-1 csúcsot figyeltünk meg. Amikor a poliakrilamidot különböző CES-s filmekbe szerelték össze, a HEC/PAA, az MC/PAA és az MPC/PAA filmek csúcsai 1718 cm-1, 1720 cm-1 és 1724 cm-1-nél helyezkedtek el. A tiszta PAA -porhoz képest a HPC/PAA, MC/PAA és HEC/PAA filmek csúcsidőszaka 14, 10 és 8 cm - 1 -rel eltolódott. Az éter -oxigén és a COOH közötti hidrogénkötés megszakítja a COOH csoportok közötti hidrogénkötést. Minél több hidrogénkötés képződik a PAA és a CE között, annál nagyobb a CE/PAA csúcs eltolódása az IR spektrumokban. A HPC -nek a legmagasabb a hidrogénkötés komplexációja, a PAA és az MC közepén, a HEC pedig a legalacsonyabb.
A PAA és CES kompozit filmjeinek növekedési viselkedése:
A PAA és a CES filmképző viselkedését az LBL összeszerelés során QCM és spektrális interferometria alkalmazásával vizsgáltuk. A QCM hatékonyan figyeli a film növekedését in situ -ban az első néhány összeszerelési ciklus során. A spektrális interferométerek alkalmasak a 10 ciklusonként termesztett filmekhez.
A HEC/PAA film lineáris növekedést mutatott az LBL összeszerelési folyamat során, míg az MC/PAA és a HPC/PAA filmek exponenciális növekedést mutattak az összeszerelés korai szakaszában, majd lineáris növekedésgé alakultak. A lineáris növekedési régióban minél magasabb a komplexképzés, annál nagyobb a vastagság növekedése az összeszerelési ciklusonként.
Az oldat pH -jának hatása a film növekedésére:
Az oldat pH -értéke befolyásolja a hidrogénkötésű polimer kompozit film növekedését. Gyenge polielektrolitként a PAA -t ionizálják és negatív töltésűek, amikor az oldat pH -ja növekszik, ezáltal gátolja a hidrogénkötés asszociációját. Amikor a PAA ionizációjának mértéke elérte egy bizonyos szintet, a PAA nem tudott összeállítani egy filmbe a hidrogénkötés -akceptorokkal az LBL -ben.
A film vastagsága csökkent az oldat pH-jának növekedésével, és a film vastagsága hirtelen csökkent a pH2,5 HPC/PAA és a PH3.0-3,5 HPC/PAA esetén. A HPC/PAA kritikus pontja körülbelül 3,5, míg a HEC/PAA értéke körülbelül 3,0. Ez azt jelenti, hogy ha az összeszerelő oldat pH -ja meghaladja a 3,5 -et, akkor a HPC/PAA -film nem alakítható ki, és ha az oldat pH -ja magasabb, mint a 3,0, a HEC/PAA film nem alakítható ki. A HPC/PAA membrán hidrogénkötés -komplexációjának nagyobb mértékben a HPC/PAA membrán kritikus pH -értéke magasabb, mint a HEC/PAA membráné. Sómentes oldatban a HEC/PAA, MC/PAA és HPC/PAA által képződött komplexek kritikus pH-értékei körülbelül 2,9, 3,2 és 3,7 volt. A HPC/PAA kritikus pH -ja magasabb, mint a HEC/PAAé, ami összhangban áll az LBL membránjával.
A CE/ PAA membrán víz abszorpciós teljesítménye:
A CES gazdag hidroxilcsoportokban, így jó a víz abszorpciója és a víz visszatartása. A HEC/PAA membránt tekintve példaként megvizsgáltuk a hidrogénkötésű CE/PAA membrán adszorpciós képességét a környezetben. A spektrális interferometriával jellemezve a film vastagsága növekszik, amikor a film elnyeli a vizet. A víz abszorpciós egyensúly elérése érdekében 24 órán át állítható páratartalommal rendelkező környezetbe helyeztük. A filmeket 24 órán át vákuumkemencében (40 ° C) szárítottuk, hogy a nedvességet teljesen eltávolítsuk.
A páratartalom növekedésével a film megvastagodik. Az alacsony páratartalom területén, 30–50%, a vastagság növekedése viszonylag lassú. Ha a páratartalom meghaladja az 50%-ot, a vastagság gyorsan növekszik. A hidrogénkötésű PVPON/PAA membránhoz képest a HEC/PAA membrán több vizet képes felszívni a környezetből. A 70%(25 ° C) relatív páratartalom mellett a PVPON/PAA film megvastagodási tartománya körülbelül 4%, míg a HEC/PAA filméje körülbelül 18%. Az eredmények azt mutatták, hogy bár a HEC/PAA rendszerben egy bizonyos mennyiségű OH -csoport vett részt a hidrogénkötések kialakulásában, még mindig jelentős számú OH -csoport volt, amelyek kölcsönhatásba lépnek a vízzel a környezetben. Ezért a HEC/PAA rendszernek jó vízelnyelés tulajdonságai vannak.
következtetéssel
(1) A HPC/PAA rendszer, amelynek legmagasabb a CE és PAA hidrogénkötési foka, a leggyorsabban növekszik, az MC/PAA közepén van, a HEC/PAA pedig a legalacsonyabb.
(2) A HEC/PAA film lineáris növekedési módot mutatott az előkészítési folyamat során, míg a másik két film MC/PAA és HPC/PAA exponenciális növekedést mutatott az első néhány ciklusban, majd lineáris növekedési módba alakult.
(3) A CE/PAA film növekedése erősen függ az oldat pH -jától. Ha a PH oldat magasabb, mint a kritikus pontja, akkor a PAA és a CE nem tud összeállni egy filmbe. Az összeszerelt CE/PAA membrán nagy pH -oldatokban oldódott.
(4) Mivel a CE/PAA film gazdag OH-ban és COOH-ban, a hőkezelés keresztkötéssel jár. A térhálósított CE/PAA membrán jó stabilitással rendelkezik és magas pH-oldatokban oldódik.
(5) A CE/PAA film jó adszorpciós képességgel rendelkezik a környezetben.
A postai idő: február-18-2023