Дослідження
Як природний, рясний та відновлюваний ресурс, целюлоза стикається з великими проблемами в практичних застосуванні завдяки своїм неметом та обмеженій властивостям розчинності. Висока кристалічність та водневі зв’язки високої щільності в структурі целюлози змушують її погіршити, але не танути в процесі володіння та нерозчинним у воді та більшості органічних розчинників. Їх похідні виробляються за допомогою естерифікації та ефірифікації гідроксильних груп на ангідроглюкозних одиницях у полімерному ланцюзі, і будуть виявляти деякі різні властивості порівняно з природною целюлозою. Реакція ефірифікації целюлози може генерувати багато водорозчинних целюлозних ефірів, таких як метил-целюлоза (МС), гідроксиетил целюлоза (HEC) та гідроксипропіл целюлоза (HPC), які широко використовуються в харчових, косметиках, фармацевтичних препаратах та медицині. Водорозчинна СЕ може утворювати полімери, пов'язані з воднем, з полікарбоновими кислотами та поліфенолами.
Асамблея шару за шаром (LBL)-це ефективний метод підготовки полімерних композитних тонких плівок. Наступне в основному описує складання LBL трьох різних CES HEC, MC та HPC з ПАА, порівнює їхню збірку та аналізує вплив заступників на складання LBL. Дослідіть вплив рН на товщину плівки та різні відмінності рН на формування та розчинення плівки та розробити властивості поглинання води CE/PAA.
Експериментальні матеріали:
Поліакрилова кислота (PAA, MW = 450 000). В'язкість 2wt.% Водного розчину гідроксиетилцелюлози (HEC) становить 300 МПа · с, а ступінь заміщення - 2,5. Метилцелюлоза (МС, 2WT.% Водного розчину з в'язкістю 400 МПа · с та ступенем заміни 1,8). Гідроксипропіл целюлоза (HPC, 2WT.% Водний розчин із в'язкістю 400 МПа · с та ступенем заміни 2,5).
Підготовка до фільму:
Підготовлений за допомогою рідкого кристалічного шару на кремнію при 25 ° С. Метод обробки матриці слайдів такий: замочіть у кислому розчині (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/Об.) Протягом 30 хв, потім промийте деіонізованою водою, поки рН не стане нейтральним, і нарешті сухий чистим азотом. Збірка LBL проводиться за допомогою автоматичної машини. Субстрат по черзі замочували в розчині СЕ (0,2 мг/мл) та розчину ПАА (0,2 мг/мл), кожен розчин просочився протягом 4 хв. Три промивання промивання по 1 хв у деіонізованій воді проводили між кожним розчином, що просочується, щоб видалити вільно прикріплений полімер. Значення рН розчину складання та розчин промивання були відрегульовані до pH 2,0. Підготовлені фільми позначаються як (CE/PAA) n, де N позначає цикл складання. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 та (HPC/PAA) 30 були підготовлені в основному.
Характеристика плівки:
Спектри відбиття майже нормальних реєстрацій були записані та проаналізовані за допомогою океанської оптики Nanocalc-XR, і вимірювали товщину плівок, осаджених на кремнію. З порожньою кремнієвою підкладкою в якості фон, спектр FT-IR тонкої плівки на кремнієвій підкладці був зібраний на інфрачервоному спектрометрі Nicolet 8700.
Взаємодія водневих зв’язків між PAA та CES:
Асамблея HEC, MC та HPC з PAA у фільми LBL. Інфрачервоні спектри HEC/PAA, MC/PAA та HPC/PAA показані на малюнку. Сильні ІЧ -сигнали PAA та CES можна чітко спостерігати в ІЧ -спектрах HEC/PAA, MC/PAA та HPC/PAA. FT-IR-спектроскопія може проаналізувати комплексування водневих зв’язків між ПАА та CES шляхом моніторингу зсуву характерних смуг поглинання. Водневе зв’язок між CES та PAA в основному відбувається між гідроксильним киснем CES та групою COOH PAA. Після утворення водневої зв'язку піковий червоний пік переміщується до низькочастотного напрямку.
Пік 1710 см-1 спостерігався для чистого порошку PAA. Коли поліакриламід був зібраний у фільми з різними CES, піки фільмів HEC/PAA, MC/PAA та MPC/PAA були розташовані на 1718 см-1, 1720 см-1 та 1724 см-1 відповідно. Порівняно з чистим порошком PAA, пікові довжини плівок HPC/PAA, MC/PAA та HEC/PAA змістилися на 14, 10 та 8 см - 1 відповідно. Воднева зв'язок між киснем ефіру і COOH перериває водневу зв'язок між групами COOH. Чим більше водневих зв’язків утворюється між ПАА та СЕ, тим більшим піковим зсувом CE/PAA в ІЧ -спектрах. HPC має найвищий ступінь комплексування водневих зв’язків, ПАА та МС знаходяться в середині, а HEC - найнижчий.
Поведінка росту композитних фільмів PAA та CES:
Поведінка плівки PAA та CES під час складання LBL досліджували за допомогою QCM та спектральної інтерферометрії. QCM є ефективним для моніторингу росту плівки in situ протягом перших кількох циклів складання. Спектральні інтерферометри підходять для плівок, вирощених за 10 циклів.
Фільм HEC/PAA показала лінійний ріст протягом усього процесу складання LBL, тоді як плівки MC/PAA та HPC/PAA показали експоненціальне зростання на ранніх стадіях складання, а потім перетворилися на лінійний ріст. У лінійній області росту, чим вищий ступінь комплексування, тим більший ріст товщини на цикл складання.
Вплив pH рішення на ріст плівки:
Значення рН розчину впливає на ріст композитної плівки, пов'язаної з воднем. Як слабкий поліелектроліт, ПАА буде іонізовано і негативно заряджається, коли рН розчину збільшується, тим самим пригнічуючи асоціацію водневих зв’язків. Коли ступінь іонізації ПАА досяг певного рівня, PAA не міг зібрати у плівку з акцепторами водневих зв’язків у LBL.
Товщина плівки зменшилася зі збільшенням pH розчину, а товщина плівки раптово зменшилася при pH2,5 HPC/PAA та PH3,0-3,5 к.с./ПАА. Критична точка HPC/PAA становить приблизно 3,5, тоді як HEC/PAA становить приблизно 3,0. Це означає, що коли pH розчину складання вище 3,5, плівка HPC/PAA не може бути сформована, а коли рН розчину вище 3,0, плівка HEC/PAA не може бути сформована. Через більш високий ступінь комплексування водневих зв'язків мембрани HPC/PAA, критичне значення рН мембрани HPC/PAA вище, ніж значення мембрани HEC/PAA. У розчині без солі критичні значення рН комплексів, утворені HEC/PAA, MC/PAA та HPC/PAA, були приблизно 2,9, 3,2 та 3,7 відповідно. Критичний рН HPC/PAA вищий, ніж у HEC/PAA, що відповідає мембрану LBL.
Продуктивність поглинання води мембрани CE/ PAA:
CES багатий гідроксильними групами, щоб він мав хороше поглинання води та затримання води. Входячи з прикладу мембрани HEC/PAA, адсорбційна здатність мембрани СЕ/ПАА, пов'язана з воднем до води в навколишньому середовищі. Характеризується спектральною інтерферометрією, товщина плівки збільшується, коли плівка поглинає воду. Його поміщали в навколишнє середовище з регульованою вологістю при 25 ° С протягом 24 годин для досягнення рівноваги поглинання води. Плівки сушили у вакуумній духовці (40 ° С) протягом 24 год, щоб повністю видалити вологу.
Зі збільшенням вологості плівка згущується. У площі низької вологості 30%-50%зростання товщини відносно повільно. Коли вологість перевищує 50%, товщина швидко зростає. У порівнянні з мембраною PVPON/PAA, пов'язаною з воднем, мембрана HEC/PAA може поглинати більше води з навколишнього середовища. За умови відносної вологості 70%(25 ° C), діапазон потовщення плівки PVPON/PAA становить приблизно 4%, а в плівці HEC/PAA - приблизно 18%. Результати показали, що хоча певна кількість груп ОН у системі HEC/PAA брала участь у формуванні водневих зв’язків, все ще існувала значна кількість груп ОН, що взаємодіють з водою в навколишньому середовищі. Тому система HEC/PAA має хороші властивості поглинання води.
на закінчення
(1) Система HPC/PAA з найвищим ступенем водневого зв'язку CE та PAA має найшвидший ріст серед них, MC/PAA знаходиться в середині, а HEC/PAA - найнижчий.
(2) плівка HEC/PAA показала лінійний режим росту протягом усього процесу підготовки, тоді як інші два плівки MC/PAA та HPC/PAA показали експоненціальне зростання в перші кілька циклів, а потім перетворюються на лінійний режим росту.
(3) Зростання плівки CE/PAA має сильну залежність від pH рішення. Коли рН рішення вище, ніж його критична точка, PAA і CE не можуть зібрати у плівку. Зібрана мембрана CE/PAA була розчинною у високогірних розчинах pH.
(4) Оскільки плівка CE/PAA багата на ОН та КОГ, термічна обробка робить її зшитою. Мембрана CE/PAA зшита мембрана CE/PAA має хорошу стабільність і нерозчинна у високих розчинах рН.
(5) Фільм CE/PAA має хорошу адсорбційну здатність для води в навколишньому середовищі.
Час посади: 18 лютого 20123