Navorsingsagtergrond
As 'n natuurlike, volop en hernubare hulpbron, ondervind sellulose groot uitdagings in praktiese toepassings as gevolg van sy nie-smeltende en beperkte oplosbaarheidseienskappe.Die hoë kristalliniteit en hoëdigtheid waterstofbindings in die sellulosestruktuur maak dit afbreek, maar nie smelt tydens die besitproses nie, en onoplosbaar in water en meeste organiese oplosmiddels.Hul afgeleides word geproduseer deur die verestering en verethering van die hidroksielgroepe op die anhidroglukose-eenhede in die polimeerketting, en sal 'n paar verskillende eienskappe vertoon in vergelyking met natuurlike sellulose.Die veretheringsreaksie van sellulose kan baie wateroplosbare sellulose-eters genereer, soos metielsellulose (MC), hidroksielsellulose (HEC) en hidroksipropielsellulose (HPC), wat wyd gebruik word in voedsel, skoonheidsmiddels, in farmaseutiese produkte en medisyne.Wateroplosbare CE kan waterstofgebonde polimere met polikarboksielsure en polifenole vorm.
Laag-vir-laag-samestelling (LBL) is 'n effektiewe metode vir die voorbereiding van polimeer saamgestelde dun films.Die volgende beskryf hoofsaaklik die LBL-samestelling van drie verskillende CE's van HEC, MC en HPC met PAA, vergelyk hul samestellingsgedrag, en ontleed die invloed van substituente op LBL-samestelling.Ondersoek die effek van pH op filmdikte, en die verskillende verskille van pH op filmvorming en -oplossing, en ontwikkel die waterabsorpsie-eienskappe van CE/PAA.
Eksperimentele materiaal:
Poliakrieliesuur (PAA, Mw = 450 000).Die viskositeit van 2 gew.% waterige oplossing van hidroksieletielsellulose (HEC) is 300 mPa·s, en die graad van substitusie is 2,5.Metielsellulose (MC, 'n 2 gew.% waterige oplossing met 'n viskositeit van 400 mPa·s en 'n substitusiegraad van 1,8).Hidroksipropielsellulose (HPC, 'n 2 gew.% waterige oplossing met 'n viskositeit van 400 mPa·s en 'n substitusiegraad van 2,5).
Film voorbereiding:
Voorberei deur vloeibare kristallaagsamestelling op silikon by 25°C.Die behandelingsmetode van die skyfiematriks is soos volg: week in suuroplossing (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) vir 30min, spoel dan verskeie kere met gedeïoniseerde water af totdat die pH neutraal word, en droog uiteindelik met suiwer stikstof.LBL-samestelling word uitgevoer met behulp van outomatiese masjinerie.Die substraat is afwisselend in CE-oplossing (0.2 mg/ml) en PAA-oplossing (0.2 mg/ml) geweek, elke oplossing is vir 4 min geweek.Drie spoelweek van 1 min elk in gedeïoniseerde water is tussen elke oplossing deurweek uitgevoer om los aangehegte polimeer te verwyder.Die pH-waardes van die samestellingsoplossing en die spoeloplossing is albei na pH 2.0 aangepas.Die soos voorbereide films word aangedui as (CE/PAA)n, waar n die samestellingsiklus aandui.(HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 en (HPC/PAA)30 is hoofsaaklik voorberei.
Filmkarakterisering:
Byna-normale reflektansiespektra is aangeteken en geanaliseer met NanoCalc-XR Ocean Optics, en die dikte van films wat op silikon neergelê 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 CE's:
Samestelling 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 waterstofbinding kompleksering tussen PAA en CES ontleed deur die verskuiwing van kenmerkende absorpsiebande te monitor.Die waterstofbinding tussen CES en PAA vind hoofsaaklik plaas tussen die hidroksielsuurstof van CES en die COOH-groep van PAA.Nadat die waterstofbinding gevorm is, skuif die strekpiek rooi na die lae frekwensie rigting.
'n Piek van 1710 cm-1 is waargeneem vir suiwer PAA poeier.Wanneer poliakrielamied in films met verskillende CE's saamgestel is, was die pieke van HEC/PAA, MC/PAA en MPC/PAA films onderskeidelik op 1718 cm-1, 1720 cm-1 en 1724 cm-1 geleë.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 graad van waterstofbindingkompleksering, PAA en MC is in die middel, en HEC is die laagste.
Groei gedrag van saamgestelde films van PAA en CE's:
Die filmvormende gedrag van PAA en CE's tydens LBL-samestelling is ondersoek deur gebruik te maak van QCM en spektrale interferometrie.QCM is effektief vir die monitering van filmgroei in situ gedurende die eerste paar samestellingsiklusse.Spektrale interferometers is geskik vir films wat meer as 10 siklusse gegroei het.
Die HEC/PAA-film het 'n lineêre groei deur die LBL-samestellingsproses getoon, terwyl die MC/PAA en HPC/PAA-films 'n eksponensiële groei in die vroeë stadiums van samestelling getoon het en dan in 'n lineêre groei getransformeer het.In die lineêre groeigebied, hoe hoër die graad van kompleksering, hoe groter is die diktegroei per samestellingsiklus.
Effek van oplossing pH op filmgroei:
Die pH-waarde van die oplossing beïnvloed die groei van die waterstofgebonde polimeer saamgestelde film.As 'n swak poli-elektroliet sal PAA geïoniseer en negatief gelaai word soos die pH van die oplossing toeneem, en sodoende waterstofbindingsassosiasie inhibeer.Toe die graad van ionisasie van PAA 'n sekere vlak bereik het, kon PAA nie saamgevoeg word tot 'n film met waterstofbindingsaannemers in LBL nie.
Die filmdikte het afgeneem met die toename in oplossing pH, en die filmdikte het skielik afgeneem by pH2.5 HPC/PAA en pH3.0-3.5 HPC/PAA.Die kritieke punt van HPC/PAA is ongeveer pH 3.5, terwyl dié van HEC/PAA ongeveer 3.0 is.Dit beteken dat wanneer die pH van die samestellingsoplossing hoër as 3.5 is, die HPC/PAA film nie gevorm kan word nie, en wanneer die pH van die oplossing hoër as 3.0 is, kan die HEC/PAA film nie gevorm word nie.As gevolg van die hoër graad van waterstofbinding kompleksering 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 kritiese 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 dié van LBL membraan.
Waterabsorpsieprestasie van CE/PAA-membraan:
CES is ryk aan hidroksielgroepe sodat dit goeie waterabsorpsie en waterretensie het.Deur HEC/PAA membraan as 'n voorbeeld te neem, is die adsorpsiekapasiteit van waterstofgebonde CE/PAA membraan aan water in die omgewing bestudeer.Gekenmerk deur spektrale interferometrie, neem die filmdikte toe namate die film water absorbeer.Dit is in 'n omgewing met verstelbare humiditeit by 25°C vir 24 uur geplaas om waterabsorpsie-ewewig te bereik.Die films is vir 24 uur in 'n vakuumoond (40 °C) gedroog om die vog heeltemal te verwyder.
Soos die humiditeit toeneem, verdik die film.In die lae humiditeitsgebied van 30%-50% is die diktegroei relatief stadig.Wanneer die humiditeit 50% oorskry, 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 relatiewe humiditeit van 70% (25°C), is die verdikkingsgebied van PVPON/PAA-film ongeveer 4%, terwyl dié van HEC/PAA-film so hoog as ongeveer 18% is.Die resultate het getoon dat alhoewel 'n sekere hoeveelheid OH-groepe in die HEC/PAA-stelsel aan die vorming van waterstofbindings deelgeneem het, daar steeds 'n aansienlike aantal OH-groepe in die omgewing met water in wisselwerking was.Daarom het die HEC/PAA-stelsel goeie waterabsorpsie-eienskappe.
ten slotte
(1) Die HPC/PAA-stelsel met die hoogste waterstofbindingsgraad 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 'n lineêre groeimodus regdeur die voorbereidingsproses getoon, terwyl die ander twee films MC/PAA en HPC/PAA 'n eksponensiële groei in die eerste paar siklusse getoon het, en toe in 'n lineêre groeimodus getransformeer het.
(3) Die groei van CE/PAA film het 'n sterk afhanklikheid van die oplossing pH.Wanneer die oplossing se pH hoër is as sy kritieke punt, kan PAA en CE nie in 'n film saamvoeg 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 kruisgebind.Die kruisgebonde CE/PAA-membraan het goeie stabiliteit en is onoplosbaar in hoë pH-oplossings.
(5) Die CE/PAA-film het goeie adsorpsievermoë vir water in die omgewing.
Postyd: 18 Februarie 2023