Navorsingsagtergrond
As 'n natuurlike, oorvloedige en hernieubare hulpbron, teëkom sellulose groot uitdagings in praktiese toepassings as gevolg van die nie-smelt- en beperkte oplosbaarheidseienskappe. Die hoë kristaliniteit en hoë-digtheid waterstofbindings in die sellulose-struktuur laat dit afbreek, maar smelt nie tydens die besitproses nie, en is onoplosbaar in water en die meeste organiese oplosmiddels. Hul afgeleides word geproduseer deur die verestering en eterifisering van die hidroksielgroepe op die anhidroglucose -eenhede in die polimeerketting, en sal verskillende eienskappe vertoon in vergelyking met natuurlike sellulose. Die eter-reaksie van sellulose kan baie wateroplosbare sellulose-eters opwek, soos metiel sellulose (MC), hidroksietiel sellulose (HEC) en hidroksipropiel sellulose (HPC), wat wyd gebruik word in voedsel, kosmetika, in farmaseutiese stowwe en medisyne. Wateroplosbare CE kan waterstofgebonde polimere vorm met polisarboksielsure en polifenole.
Laag-vir-laag-samestelling (LBL) is 'n effektiewe metode om polimeer saamgestelde dun films voor te berei. Die volgende beskryf hoofsaaklik die LBL -samestelling van drie verskillende CE's van HEC, MC en HPC met PAA, vergelyk hul monteergedrag en ontleed die invloed van substituente op die LBL -samestelling. Ondersoek die effek van pH op filmdikte, en die verskillende verskille van pH op filmvorming en ontbinding, en ontwikkel die waterabsorpsie -eienskappe van CE/PAA.
Eksperimentele materiale:
Polyacrylic acid (PAA, MW = 450,000). Die viskositeit van 2 wt.% Waterige oplossing van hidroksietielcellulose (HEC) is 300 MPa · s, en die mate van substitusie is 2,5. Methylcellulose (MC, 'n 2wt.% Wateroplossing met 'n viskositeit van 400 MPa · s en 'n mate van vervanging van 1,8). Hydroxypropyl sellulose (HPC, 'n 2wt.% Waterige oplossing met 'n viskositeit van 400 MPa · s en 'n mate van substitusie van 2,5).
Filmvoorbereiding:
Berei deur vloeibare kristallaag -samestelling op silikon by 25 ° C. Die behandelingsmetode van die skuifmatriks is soos volg: week in suuroplossing (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/vol) vir 30min, en spoel dan 'n paar keer met gedeïoniseerde water totdat die pH neutraal word en uiteindelik droog word met suiwer stikstof. LBL -montering word uitgevoer met behulp van outomatiese masjinerie. Die substraat is afwisselend geweek in CE -oplossing (0,2 mg/ml) en PAA -oplossing (0,2 mg/ml), elke oplossing is 4 minute geweek. Drie spoelvermoë van 1 min in gedeïoniseerde water is tussen elke oplossing uitgevoer om die los aangehegte polimeer te verwyder. Die pH -waardes van die monteeroplossing en die spoeloplossing is albei aangepas op pH 2.0. Die AS-voorbereide films word aangedui as (CE/PAA) N, waar N die monteersiklus aandui. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 en (HPC/PAA) 30 is hoofsaaklik voorberei.
Filmkarakterisering:
Byna-normale weerkaatsingsspektra is opgeneem en met Nanocalc-XR-oseaanoptika geanaliseer, en die dikte van films wat op silikon neergesit is, is gemeet. Met 'n leë silikon-substraat as agtergrond, is die FT-IR-spektrum van die dun film op die silikon-substraat op 'n Nicolet 8700-infrarooi spektrometer versamel.
Waterstofbinding -interaksies tussen PAA en CES:
Vergadering van HEC, MC en HPC met PAA in LBL -films. Die infrarooi spektra van HEC/PAA, MC/PAA en HPC/PAA word in die figuur getoon. Die sterk IR -seine van PAA en CES kan duidelik waargeneem word in die IR -spektra van HEC/PAA, MC/PAA en HPC/PAA. FT-IR-spektroskopie kan die waterstofbindingskompleksasie tussen PAA en CES ontleed deur die verskuiwing van kenmerkende absorpsiebande te monitor. Die waterstofbinding tussen CE's en PAA kom hoofsaaklik tussen die hidroksiel -suurstof van CE's en die COOH -groep PAA voor. Nadat die waterstofbinding gevorm is, verskuif die strekpiekrooi na die lae frekwensierigting.
'N Piek van 1710 cm-1 is waargeneem vir suiwer PAA-poeier. Toe polyacrylamide in films met verskillende CE's saamgestel is, was die pieke van HEC/PAA, MC/PAA en MPC/PAA-films geleë op onderskeidelik 1718 cm-1, 1720 cm-1 en 1724 cm-1. In vergelyking met suiwer PAA -poeier, het die pieklengtes van HPC/PAA-, MC/PAA- en HEC/PAA -films onderskeidelik met 14, 10 en 8 cm - 1 verskuif. Die waterstofbinding tussen die eter -suurstof en COOH onderbreek die waterstofbinding tussen die COOH -groepe. Hoe meer waterstofbindings tussen PAA en CE gevorm word, hoe groter is die piekverskuiwing van CE/PAA in IR -spektra. HPC het die hoogste mate van waterstofbindkompleksasie, PAA en MC is in die middel, en HEC is die laagste.
Groeiensgedrag van saamgestelde films van PAA en CES:
Die filmvormende gedrag van PAA en CES tydens LBL-montering is met behulp van QCM en spektrale interferometrie ondersoek. QCM is effektief vir die monitering van filmgroei in situ tydens die eerste paar monteersiklusse. Spektrale interferometers is geskik vir films wat meer as 10 siklusse gekweek word.
Die HEC/PAA -film het 'n lineêre groei getoon gedurende die LBL -monteerproses, terwyl die MC/PAA- en HPC/PAA -films 'n eksponensiële groei in die vroeë stadiums van die samestelling getoon het en daarna in 'n lineêre groei omskep is. In die lineêre groeiegebied, hoe hoër die mate van kompleksasie, hoe groter is die dikte -groei per monteersiklus.
Effek van oplossing pH op filmgroei:
Die pH -waarde van die oplossing beïnvloed die groei van die saamgestelde film met waterstofgebonde polimeer. As 'n swak poliëlektroliet, sal PAA geïoniseerd en negatief gelaai word namate die pH van die oplossing toeneem en sodoende die waterstofbindingvereniging belemmer. Toe die mate van ionisasie van PAA 'n sekere vlak bereik het, kon PAA nie in 'n film met waterstofbindingsaanvaarders in LBL vergader nie.
Die filmdikte het afgeneem met die toename in die oplossing van die oplossing, en die filmdikte het skielik afgeneem by pH2,5 pk/PAA en pH3,0-3,5 pk/PAA. Die kritieke punt van HPC/PAA handel oor pH 3.5, terwyl die van HEC/PAA ongeveer 3.0 is. Dit beteken dat wanneer die pH van die monteeroplossing hoër is as 3,5, die HPC/PAA -film nie gevorm kan word nie, en wanneer die pH van die oplossing hoër is as 3.0, kan die HEC/PAA -film nie gevorm word nie. As gevolg van die hoër mate van waterstofbindkompleksasie van HPC/PAA -membraan, is die kritieke pH -waarde van HPC/PAA -membraan hoër as dié van HEC/PAA -membraan. In soutvrye oplossing was die kritieke pH-waardes van die komplekse gevorm deur HEC/PAA, MC/PAA en HPC/PAA onderskeidelik ongeveer 2,9, 3,2 en 3,7. Die kritieke pH van HPC/PAA is hoër as dié van HEC/PAA, wat ooreenstem met die van LBL -membraan.
Waterabsorpsieprestasie van CE/ PAA -membraan:
CES is ryk aan hidroksielgroepe, sodat dit goeie waterabsorpsie en waterretensie het. Die adsorpsievermoë van waterstofgebonde CE/PAA-membraan na water in die omgewing is bestudeer. Die filmdikte word gekenmerk deur spektrale interferometrie namate die film water absorbeer. Dit is 24 uur in 'n omgewing met verstelbare humiditeit by 25 ° C geplaas om die waterabsorpsie -ewewig te bewerkstellig. Die films is 24 uur lank in 'n vakuumoond (40 ° C) gedroog om die vog heeltemal te verwyder.
Namate die humiditeit toeneem, verdik die film. In die lae humiditeitsarea van 30%-50%is die dikte van die dikte relatief stadig. As die humiditeit meer as 50%is, groei die dikte vinnig. In vergelyking met die waterstofgebonde PVPON/PAA-membraan, kan die HEC/PAA-membraan meer water uit die omgewing absorbeer. Onder die toestand van die relatiewe humiditeit van 70%(25 ° C) is die verdikkingsreeks van Pvpon/PAA -film ongeveer 4%, terwyl die van HEC/PAA -film so hoog is as ongeveer 18%. Die resultate het getoon dat hoewel 'n sekere hoeveelheid OH -groepe in die HEC/PAA -stelsel aan die vorming van waterstofbindings deelgeneem het, daar steeds 'n aansienlike aantal OH -groepe was wat met water in die omgewing omgaan. Daarom het die HEC/PAA -stelsel goeie waterabsorpsie -eienskappe.
Ter einde
(1) Die HPC/PAA -stelsel met die hoogste waterstofbinding -graad van CE en PAA het die vinnigste groei onder hulle, MC/PAA is in die middel, en HEC/PAA is die laagste.
(2) Die HEC/PAA -film het gedurende die voorbereidingsproses 'n lineêre groeimodus getoon, terwyl die ander twee films MC/PAA en HPC/PAA 'n eksponensiële groei in die eerste paar siklusse getoon het en dan in 'n lineêre groeimodus omskep is.
(3) Die groei van CE/PAA -film hou 'n sterk afhanklikheid van die oplossing van die oplossing. As die pH van die oplossing hoër is as die kritieke punt, kan PAA en CE nie in 'n film vergader nie. Die saamgestelde CE/PAA -membraan was oplosbaar in hoë pH -oplossings.
(4) Aangesien die CE/PAA-film ryk is aan OH en COOH, maak hittebehandeling dit gekoppel. Die gekoppelde CE/PAA-membraan het 'n goeie stabiliteit en is onoplosbaar in hoë pH-oplossings.
(5) Die CE/PAA -film het 'n goeie adsorpsievermoë vir water in die omgewing.
Postyd: Feb-18-2023