Позадина истраживања
Као природан, богат и обновљив ресурс, целулоза наилази на велике изазове у практичној примени због својих својстава која се не топи и ограничене растворљивости.Висока кристалност и водоничне везе високе густине у структури целулозе чине је разградњом, али се не топи током процеса поседовања, и нерастворљивом у води и већини органских растварача.Њихови деривати се производе етерификацијом и етерификацијом хидроксилних група на анхидроглукозним јединицама у полимерном ланцу, и показаће нека другачија својства у поређењу са природном целулозом.Реакција етерификације целулозе може да генерише многе етре целулозе растворљиве у води, као што су метил целулоза (МЦ), хидроксиетил целулоза (ХЕЦ) и хидроксипропил целулоза (ХПЦ), који се широко користе у храни, козметици, у фармацији и медицини.ЦЕ растворљив у води може да формира водонично везане полимере са поликарбоксилним киселинама и полифенолима.
Монтажа слој-по-слој (ЛБЛ) је ефикасна метода за припрему полимерних композитних танких филмова.Следеће углавном описује ЛБЛ склоп три различита ЦЕ ХЕЦ, МЦ и ХПЦ са ПАА, упоређује њихово понашање при склапању и анализира утицај супституената на ЛБЛ склоп.Истражите утицај пХ на дебљину филма и различите разлике пХ вредности на формирање и растварање филма и развијте својства ЦЕ/ПАА упијања воде.
Експериментални материјали:
Полиакрилна киселина (ПАА, Мв = 450.000).Вискозитет 2 теж.% воденог раствора хидроксиетилцелулозе (ХЕЦ) је 300 мПа·с, а степен супституције је 2,5.Метилцелулоза (МЦ, 2вт.% водени раствор са вискозитетом од 400 мПа·с и степеном супституције од 1,8).Хидроксипропил целулоза (ХПЦ, 2 теж.% водени раствор са вискозитетом од 400 мПа·с и степеном супституције од 2,5).
Припрема филма:
Припремљен монтажом слоја течних кристала на силицијум на 25°Ц.Метода третмана матрице слајдова је следећа: потопити у кисели раствор (Х2СО4/Х2О2, 7/3Вол/ВОЛ) 30 мин, затим испрати дејонизованом водом неколико пута док пХ не постане неутралан, и на крају осушити чистим азотом.ЛБЛ монтажа се врши помоћу аутоматске машине.Супстрат је наизменично натопљен у ЦЕ раствор (0,2 мг/мЛ) и ПАА раствор (0,2 мг/мЛ), сваки раствор је натопљен 4 мин.Извршена су три намакања од по 1 мин у дејонизованој води између сваког намакања раствором да би се уклонио лабаво причвршћен полимер.пХ вредности раствора за склапање и раствора за испирање су подешене на пХ 2,0.Припремљени филмови су означени као (ЦЕ/ПАА)н, где н означава циклус склапања.Углавном су припремљени (ХЕЦ/ПАА)40, (МЦ/ПАА)30 и (ХПЦ/ПАА)30.
Карактеризација филма:
Спектри рефлексије скоро нормалне су снимљени и анализирани помоћу НаноЦалц-КСР Оцеан Оптицс-а и мерена је дебљина филмова нанесених на силицијум.Са празном силиконском подлогом као позадином, ФТ-ИР спектар танког филма на силицијумској подлози је сакупљен на Ницолет 8700 инфрацрвеном спектрометру.
Интеракције водоничне везе између ПАА и ЦЕ:
Монтажа ХЕЦ, МЦ и ХПЦ са ПАА у ЛБЛ филмове.Инфрацрвени спектри ХЕЦ/ПАА, МЦ/ПАА и ХПЦ/ПАА приказани су на слици.Јаки ИР сигнали ПАА и ЦЕС могу се јасно уочити у ИР спектрима ХЕЦ/ПАА, МЦ/ПАА и ХПЦ/ПАА.ФТ-ИР спектроскопија може анализирати комплексирање водоничне везе између ПАА и ЦЕС праћењем померања карактеристичних апсорпционих трака.Водоничка веза између ЦЕС и ПАА углавном се јавља између хидроксил кисеоника ЦЕС и ЦООХ групе ПАА.Након формирања водоничне везе, црвени врх истезања се помера у смер ниске фреквенције.
Уочен је пик од 1710 цм-1 за чисти ПАА прах.Када је полиакриламид састављен у филмове са различитим ЦЕ, пикови ХЕЦ/ПАА, МЦ/ПАА и МПЦ/ПАА филмова били су лоцирани на 1718 цм-1, 1720 цм-1 и 1724 цм-1, респективно.У поређењу са чистим ПАА прахом, дужине врхова ХПЦ/ПАА, МЦ/ПАА и ХЕЦ/ПАА филмова су се помериле за 14, 10 и 8 цм−1, респективно.Водоничка веза између етарског кисеоника и ЦООХ прекида водоничну везу између ЦООХ група.Што се више водоничних веза формира између ПАА и ЦЕ, то је већи помак врха ЦЕ/ПАА у ИР спектрима.ХПЦ има највећи степен комплексације водоничне везе, ПАА и МЦ су у средини, а ХЕЦ је најнижи.
Понашање раста композитних филмова ПАА и ЦЕ:
Понашање ПАА и ЦЕ у формирању филма током ЛБЛ монтаже је истраживано коришћењем КЦМ и спектралне интерферометрије.КЦМ је ефикасан за праћење раста филма ин ситу током првих неколико циклуса монтаже.Спектрални интерферометри су погодни за филмове који се узгајају током 10 циклуса.
ХЕЦ/ПАА филм је показао линеарни раст током процеса састављања ЛБЛ, док су МЦ/ПАА и ХПЦ/ПАА филмови показали експоненцијални раст у раним фазама склапања, а затим су трансформисани у линеарни раст.У области линеарног раста, што је већи степен комплексирања, већи је раст дебљине по циклусу склапања.
Утицај пХ раствора на раст филма:
пХ вредност раствора утиче на раст полимерног композитног филма везаног водоником.Као слаб полиелектролит, ПАА ће бити јонизован и негативно наелектрисан како се пХ раствора повећава, чиме се инхибира повезивање водоничних веза.Када је степен јонизације ПАА достигао одређени ниво, ПАА се није могао саставити у филм са акцепторима водоничне везе у ЛБЛ.
Дебљина филма се смањивала са повећањем пХ раствора, а дебљина филма се нагло смањила на пХ 2,5 ХПЦ/ПАА и пХ3,0-3,5 ХПЦ/ПАА.Критична тачка ХПЦ/ПАА је око пХ 3,5, док је ХЕЦ/ПАА око 3,0.То значи да када је пХ раствора за склапање већи од 3,5, ХПЦ/ПАА филм се не може формирати, а када је пХ раствора већи од 3,0, ХЕЦ/ПАА филм се не може формирати.Због већег степена комплексирања водоничне везе ХПЦ/ПАА мембране, критична пХ вредност ХПЦ/ПАА мембране је већа од оне ХЕЦ/ПАА мембране.У раствору без соли, критичне пХ вредности комплекса формираних од ХЕЦ/ПАА, МЦ/ПАА и ХПЦ/ПАА биле су око 2,9, 3,2 и 3,7, респективно.Критични пХ ХПЦ/ПАА је већи од пХ ХЕЦ/ПАА, што је у складу са пХ мембране ЛБЛ.
Перформансе апсорпције воде ЦЕ/ПАА мембране:
ЦЕС је богат хидроксилним групама тако да има добру апсорпцију и задржавање воде.Узимајући за пример ХЕЦ/ПАА мембрану, проучаван је капацитет адсорпције ЦЕ/ПАА мембране везане водоником на воду у животној средини.Карактерише га спектрална интерферометрија, дебљина филма се повећава како филм упија воду.Постављен је у окружење са подесивом влажношћу на 25°Ц током 24 сата да би се постигла равнотежа апсорпције воде.Филмови су сушени у вакуумској пећи (40 ° Ц) током 24 сата да би се потпуно уклонила влага.
Како се влажност повећава, филм се згушњава.У области ниске влажности од 30%-50%, раст дебљине је релативно спор.Када влажност прелази 50%, дебљина брзо расте.У поређењу са ПВПОН/ПАА мембраном везаном водоником, ХЕЦ/ПАА мембрана може да апсорбује више воде из околине.У условима релативне влажности од 70% (25°Ц), опсег згушњавања ПВПОН/ПАА филма је око 4%, док је ХЕЦ/ПАА филма чак око 18%.Резултати су показали да иако је одређена количина ОХ група у систему ХЕЦ/ПАА учествовала у формирању водоничних веза, ипак постоји значајан број ОХ група које су у интеракцији са водом у окружењу.Стога, ХЕЦ/ПАА систем има добра својства упијања воде.
у закључку
(1) ХПЦ/ПАА систем са највишим степеном водоничне везе ЦЕ и ПАА има најбржи раст међу њима, МЦ/ПАА је у средини, а ХЕЦ/ПАА је најнижи.
(2) ХЕЦ/ПАА филм је показао линеарни начин раста током процеса припреме, док су друга два филма МЦ/ПАА и ХПЦ/ПАА показали експоненцијални раст у првих неколико циклуса, а затим су трансформисани у режим линеарног раста.
(3) Раст ЦЕ/ПАА филма има јаку зависност од пХ раствора.Када је пХ раствора већи од критичне тачке, ПАА и ЦЕ се не могу саставити у филм.Састављена ЦЕ/ПАА мембрана била је растворљива у растворима са високим пХ.
(4) Пошто је ЦЕ/ПАА филм богат ОХ и ЦООХ, топлотна обрада га чини умреженим.Умрежена ЦЕ/ПАА мембрана има добру стабилност и нерастворљива је у растворима са високим пХ.
(5) ЦЕ/ПАА филм има добар капацитет адсорпције воде у животној средини.
Време поста: 18. фебруар 2023