Tutkimuksen tausta
Luonnollisena, runsas ja uusiutuva resurssi selluloosa kohtaa suuria haasteita käytännön sovelluksissa sen sulamattomien ja rajoitettujen liukoisuusominaisuuksien vuoksi. Selluloosan rakenteen korkeat kiteisyys- ja korkean tiheyden vety sidokset saavat sen hajottamaan, mutta eivät sulaa hallussapidon aikana ja liukenematon veteen ja useimpiin orgaanisiin liuottimiin. Niiden johdannaiset tuotetaan hydroksyyliryhmien esteröimällä ja eetteröimällä polymeeriketjun anhydroglukoosiyksiköissä, ja niissä on joitain erilaisia ominaisuuksia verrattuna luonnolliseen selluloosaan. Selluloosan eetterifikaatioreaktio voi tuottaa monia vesiliukoisia selluloosaetriä, kuten metyyliselluloosa (MC), hydroksietyyliselluloosa (HEC) ja hydroksipropyyliselluloosa (HPC), joita käytetään laajasti ruoassa, kosmetiikassa, lääkkeissä ja lääketieteessä. Vesiliukoinen CE voi muodostaa vety sidotut polymeerit polykarboksyylihapolla ja polyfenoleilla.
Kerroskerroskokoonpano (LBL) on tehokas menetelmä polymeerikomposiitti ohutkalvojen valmistukseen. Seuraava kuvaa pääasiassa kolmen erilaisen HEC: n CE: n, MC: n ja HPC: n LBL -kokoonpanoa PAA: n kanssa, vertaa niiden kokoonpanokäyttäytymistä ja analysoi substituenttien vaikutusta LBL -kokoonpanoon. Tutki pH: n vaikutusta kalvon paksuuteen ja pH: n erilaisia eroja kalvon muodostumisessa ja liukenemisessa ja kehittävät CE/PAA: n veden imeytymisominaisuuksia.
Kokeelliset materiaalit:
Polyakryylihappo (PAA, MW = 450 000). Hydroksietyyliselluloosan (HEC) vesiliuoksen 2WT.%: N vesiliuoksen viskositeetti on 300 MPa · ja korvausaste on 2,5. Metyyliselluloosa (MC, 2WT -% vesiliuos, jonka viskositeetti on 400 MPa · s ja aste 1,8). Hydroksipropyyliselluloosa (HPC, 2WT -% -vesiliuos, jonka viskositeetti on 400 MPa · ja aste 2,5).
Elokuvien valmistelu:
Valmistettu nestemäisellä kidekerroskokoonpanolla piillä 25 ° C: ssa. Liukumatriisin käsittelymenetelmä on seuraava: iota happamassa liuoksessa (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/tilavuus) 30 minuutin ajan, huuhtele sitten deionisoidulla vedellä useita kertoja, kunnes pH tulee neutraaliksi ja lopulta kuivua puhtaalla typellä. LBL -kokoonpano suoritetaan automaattisilla koneilla. Substraatti liotettiin vuorotellen CE -liuokseen (0,2 mg/ml) ja PAA -liuokseen (0,2 mg/ml), jokainen liuos liotettiin 4 minuutin ajan. Kunkin liuoksen välillä suoritettiin kolme huuhtelua 1 minuutin 1 minuutin liottavan liottavan liottavan polymeerin poistamiseksi. Kokoonpanolatoksen ja huuhteluliuoksen pH -arvot säädettiin molemmat pH: ksi 2,0: een. Valmistetut kalvot merkitään nimellä (CE/PAA) n, missä n tarkoittaa kokoontumisjaksoa. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 ja (HPC/PAA) 30 valmistettiin pääasiassa.
Elokuvien karakterisointi:
Nanocalc-XR-valtameren optiikalla tallennettiin ja analysoitiin lähes normaalit heijastusspektrit, ja piille talletettujen kalvojen paksuus mitattiin. Blank-pohjalla tyhjellä piisubstraatilla piidisubstraatin ohutkalvon FT-IR-spektri kerättiin Nicolet 8700 -infrapunaspektrometrillä.
Vety sidosvuorovaikutukset PAA: n ja CES: n välillä:
HEC: n, MC: n ja HPC: n kokoonpano PAA: n kanssa LBL -kalvoihin. Kuvassa on esitetty HEC/PAA: n, MC/PAA: n ja HPC/PAA: n infrapunaspektrit. PAA: n ja CES: n vahvat IR -signaalit voidaan havaita selvästi HEC/PAA: n, MC/PAA: n ja HPC/PAA: n IR -spektrissä. FT-IR-spektroskopia voi analysoida PAA: n ja CES: n välisen vety-sidoskompleksin seuraamalla ominaisten absorptiokaistojen siirtymistä. CES: n ja PAA: n välinen vetysidos tapahtuu pääasiassa CES: n hydroksyylihappeen ja PAA: n COOH -ryhmän välillä. Kun vety sidos on muodostettu, venytyspiikki punainen siirtyy matalataajuuteen.
Puhtaalle PAA-jauheelle havaittiin huippu 1710 cm-1. Kun polyakryyliamidi koottiin kalvoihin, joilla oli erilaiset CE: t, HEC/PAA: n, MC/PAA- ja MPC/PAA-kalvojen piikit sijaitsivat vastaavasti 1718 cm-1, 1720 cm-1 ja 1724 cm-1. Verrattuna puhtaan PAA -jauheen, HPC/PAA: n, MC/PAA- ja HEC/PAA -kalvojen pituudet siirtyivät vastaavasti 14, 10 ja 8 cm - 1. Eetterihapen ja COOH: n välinen vety sidos keskeyttää vety sidoksen COOH -ryhmien välillä. Mitä enemmän vety sidoksia muodostuu PAA: n ja CE: n välillä, sitä suurempi CE/PAA: n huippusiirto IR -spektrissä. HPC: llä on suurin vety -sidoskompleksointi, PAA ja MC ovat keskellä ja HEC on alhaisin.
PAA: n ja CES: n yhdistelmäkalvojen kasvukäyttäytyminen:
PAA: n ja CES: n kalvonmuodostuskäyttäytymistä LBL-kokoonpanon aikana tutkittiin käyttämällä QCM: ää ja spektrin interferometriaa. QCM on tehokas kalvojen kasvun seuraamiseen in situ muutaman ensimmäisen kokoonpanosyklin aikana. Spektriinterferometrit soveltuvat 10 syklin aikana kasvatettuihin kalvoihin.
HEC/PAA -kalvo osoitti lineaarista kasvua koko LBL -kokoonpanoprosessin ajan, kun taas MC/PAA- ja HPC/PAA -kalvot osoittivat eksponentiaalista kasvua kokoonpanon varhaisessa vaiheessa ja muuttui sitten lineaariseksi kasvuksi. Lineaarisella kasvualueella, mitä suurempi kompleksointiaste, sitä suurempi paksuuskasvu kokoonpanon sykliä kohti.
Liuoksen pH: n vaikutus kalvon kasvuun:
Liuoksen pH -arvo vaikuttaa vety sitoutuneen polymeerikomposiittikalvon kasvuun. Heikkona polyelektrolyyttinä PAA ionisoidaan ja ladataan negatiivisesti liuoksen pH: n noustessa estäen siten vety sidosyhteyden. Kun PAA: n ionisaatioaste saavutti tietyn tason, PAA ei voinut koota kalvoon, jolla on vety sidos -appronneja LBL: ssä.
Kalvon paksuus laski liuoksen pH: n noustessa, ja kalvon paksuus laski yhtäkkiä pH2,5 HPC/PAA: lla ja PH3,0-3,5 HPC/PAA: lla. HPC/PAA: n kriittinen kohta on noin 3,5 pH, kun taas HEC/PAA on noin 3,0. Tämä tarkoittaa, että kun kokoonpanolatkaisun pH on korkeampi kuin 3,5, HPC/PAA -kalvoa ei voida muodostaa, ja kun liuoksen pH on korkeampi kuin 3,0, HEC/PAA -kalvoa ei voida muodostaa. HPC/PAA -kalvon korkeamman vety -sidoskompleksoinnin vuoksi HPC/PAA -kalvon kriittinen pH -arvo on korkeampi kuin HEC/PAA -kalvon. Suolattomassa liuoksessa HEC/PAA: n, MC/PAA: n ja HPC/PAA: n muodostamien kompleksien kriittiset pH-arvot olivat vastaavasti noin 2,9, 3,2 ja 3,7. HPC/PAA: n kriittinen pH on korkeampi kuin HEC/PAA, joka on yhdenmukainen LBL -kalvon kanssa.
CE/ PAA -kalvon veden imeytymisteho:
CES on runsaasti hydroksyyliryhmiä siten, että sillä on hyvä veden imeytyminen ja vedenpidätys. Esimerkiksi HEC/PAA-membraanin mukaan vety-sidotun CE/PAA-kalvon adsorptiokykyä ympäristössä veteen. Spektrin interferometrialla on kalvon paksuus kasvaa, kun kalvo imee vettä. Se sijoitettiin ympäristöön, jonka kosteus oli säädettävä 25 ° C: ssa 24 tunnin ajan veden imeytymistasapainon saavuttamiseksi. Kalvot kuivattiin tyhjiöuunissa (40 ° C) 24 tunnin ajan kosteuden poistamiseksi kokonaan.
Kosteuden kasvaessa kalvo paksuuntuu. Pienellä kosteusalueella 30%-50%paksuuden kasvu on suhteellisen hidasta. Kun kosteus ylittää 50%, paksuus kasvaa nopeasti. Verrattuna vety sidotettuun PVPON/PAA-kalvoon, HEC/PAA-kalvo voi absorboida enemmän vettä ympäristöstä. PVPON/PAA -kalvon sakeuttamisalue on noin 4%, kun taas HEC/PAA -kalvo on jopa noin 18%. Tulokset osoittivat, että vaikka tietty määrä OH -ryhmiä HEC/PAA -järjestelmässä osallistui vety sidosten muodostumiseen, ympäristössä oli edelleen huomattava määrä OH -ryhmiä, jotka olivat vuorovaikutuksessa veden kanssa. Siksi HEC/PAA -järjestelmässä on hyvät veden imeytymisominaisuudet.
lopuksi
(1) HPC/PAA -järjestelmä, jolla on korkein vety -sidonta -aste CE: n ja PAA: n, niiden joukossa on nopein, MC/PAA on keskellä ja HEC/PAA on alhaisin.
(2) HEC/PAA -kalvo osoitti lineaarisen kasvumoodin koko valmisteluprosessin ajan, kun taas kaksi muuta elokuvaa MC/PAA ja HPC/PAA osoittivat eksponentiaalista kasvua muutamassa ensimmäisessä jaksossa ja muuttui sitten lineaariseksi kasvumoodiksi.
(3) CE/PAA -kalvon kasvulla on vahva riippuvuus liuoksen pH: sta. Kun liuoksen pH on korkeampi kuin sen kriittinen piste, PAA ja CE eivät voi koota kalvoon. Kokoonpano CE/PAA -kalvo liukenee korkeisiin pH -ratkaisuihin.
(4) Koska CE/PAA-kalvo sisältää runsaasti OH: ta ja COOH: ta, lämpökäsittely tekee siitä silloituksen. Sidotetulla CE/PAA-kalvolla on hyvä stabiilisuus ja se on liukenematon korkeissa pH-ratkaisuissa.
(5) CE/PAA -kalvolla on hyvä veden adsorptiokyky ympäristössä.
Viestin aika: helmikuu 18-2023