Tło badawcze
Jako naturalne, obfite i odnawialne zasoby, celuloza napotyka wielkie wyzwania w praktycznych zastosowaniach ze względu na jego niezainformujące i ograniczone właściwości rozpuszczalności. Wysoka krystaliczność i wiązania wodorowe o dużej gęstości w strukturze celulozy powodują, że degraduje się, ale nie topi się podczas procesu posiadania oraz nierozpuszczalny w wodzie i większości rozpuszczalników organicznych. Ich pochodne są wytwarzane przez estryfikację i eteryfikację grup hydroksylowych na jednostkach anhydroglukozy w łańcuchu polimeru i będą wykazywać różne właściwości w porównaniu z naturalną celulozą. Reakcja eteryfikacji celulozy może generować wiele rozpuszczalnych w wodzie etów celulozy, takich jak metyloceluloza (MC), hydroksyetyloceluloza (HEC) i hydroksypropyloceluloza (HPC), które są szeroko stosowane w żywności, kosmetykach, w farmaceutykach i leku. Rozpuszczalny w wodzie CE może tworzyć polimery związane z wodorem z kwasami poliwokboksylowymi i polifenolami.
Zespół warstw po warstwie (LBL) jest skuteczną metodą przygotowywania cienkich warstw polimerowych. Poniżej opisano głównie montaż LBL trzech różnych CE HEC, MC i HPC z PAA, porównuje ich zachowanie montażowe i analizuje wpływ podstawników na montaż LBL. Zbadaj wpływ pH na grubość filmu i różne różnice pH na tworzenie i rozpuszczanie filmu oraz rozwinąć właściwości absorpcji wody CE/PAA.
Materiały eksperymentalne:
Kwas poliakrylowy (PAA, MW = 450 000). Lepkość 2 WT% wodnego roztworu hydroksyetylocelulozy (HEC) wynosi 300 MPa · s, a stopień podstawienia wynosi 2,5. Metyloceluloza (MC, roztwór wodny o 2WT% o lepkości 400 MPa · s i stopniu podstawienia 1,8). Hydroksypropyloceluloza (HPC, roztwór wodny o 2WT o lepkości 400 MPa · s i stopień podstawienia 2,5).
Przygotowanie filmu:
Przygotowane przez montaż warstwy ciekłokrystalicznej na krzemie w temperaturze 25 ° C. Metoda leczenia macierzy slajdów jest następująca: namocz w roztworze kwaśnym (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/obj.) Przez 30 minut, a następnie kilka razy spłucz wodą dejonizowaną, aż pH stanie się neutralna i na końcu sucha z czystym azotem. Zespół LBL jest wykonywany za pomocą automatycznych maszyn. Podłoże naprzemiennie namoczono roztworem CE (0,2 mg/ml) i roztworem PAA (0,2 mg/ml), każdy roztwór namoczono przez 4 min. Między każdym roztwiskiem, które można usunąć luźno przymocowany polimer. Wartości pH roztworu montażowego i roztworu płukania zostały dostosowane do pH 2,0. Filmy przygotowane są oznaczone jako (CE/PAA) N, gdzie N oznacza cykl montażowy. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 i (HPC/PAA) 30 zostały głównie przygotowane.
Charakterystyka filmu:
Niemal normalne widma odbicia rejestrowano i przeanalizowano za pomocą optyki oceanicznej Nanocalc-XR i zmierzono grubość filmów osadzonych na krzemie. Z tłem pustym substratem krzemowym, spektrum FT-IR cienkiego warstwy na substratu krzemu zebrano na spektrometrze w podczerwieni Nicolet 8700.
Interakcje wiązań wodorowych między PAA i CES:
Zgromadzenie HEC, MC i HPC z PAA w LBL Films. Widma podczerwieni HEC/PAA, MC/PAA i HPC/PAA pokazano na rysunku. Silne sygnały IR PAA i CES można wyraźnie zaobserwować w widmach IR HEC/PAA, MC/PAA i HPC/PAA. Spektroskopia FT-IR może analizować kompleksowanie wiązań wodorowych między PAA i CES poprzez monitorowanie przesunięcia charakterystycznych pasm absorpcji. Wiązanie wodorowe między CE i PAA występuje głównie między hydroksylowym tlenem CES a grupą COOH PAA. Po utworzeniu wiązania wodorowego szczyt rozciągania czerwony przesuwa się w kierunku niskiej częstotliwości.
Szczyt 1710 cm-1 zaobserwowano dla czystego proszku PAA. Kiedy poliakryloamid został złożony w filmy z różnymi CES, szczyty filmów HEC/PAA, MC/PAA i MPC/PAA znajdowały się odpowiednio przy 1718 cm-1, 1720 cm-1 i 1724 cm-1. W porównaniu z czystym proszkiem PAA, długości szczytowych filmów HPC/PAA, MC/PAA i HEC/PAA przesunęły się odpowiednio o 14, 10 i 8 cm -1. Wiązanie wodorowe między tlenem eterowym a COOH przerywa wiązanie wodorowe między grupami COOH. Im więcej wiązań wodorowych powstałych między PAA i CE, tym większe przesunięcie CE/PAA w widmach IR. HPC ma najwyższy stopień kompleksowania wiązań wodorowych, PAA i MC są w środku, a HEC jest najniższy.
Zachowanie wzrostu złożonych filmów PAA i CES:
Zachowanie filmu PAA i CE podczas montażu LBL badano przy użyciu QCM i interferometrii spektralnej. QCM jest skuteczny w monitorowaniu wzrostu folii na miejscu podczas pierwszych kilku cykli montażowych. Interferometry spektralne są odpowiednie do filmów uprawianych w ponad 10 cyklach.
Film HEC/PAA wykazał liniowy wzrost w całym procesie montażu LBL, podczas gdy filmy MC/PAA i HPC/PAA wykazały wykładniczy wzrost we wczesnych stadiach montażu, a następnie przekształciły się w liniowy wzrost. W liniowym regionie wzrostu, im wyższy stopień kompleksowania, tym większy wzrost grubości na cykl zespołu.
Wpływ pH roztworu na wzrost filmu:
Wartość pH roztworu wpływa na wzrost folii złożonej polimeru z uwodem. Jako słaby polielektrolit, PAA zostanie zjonizowany i ujemnie naładowany wraz ze wzrostem pH roztworu, tym samym hamując powiązanie wiązań wodorowych. Kiedy stopień jonizacji PAA osiągnął określony poziom, PAA nie mogło złożyć w folii z akceptorami wiązań wodorowych w LBL.
Grubość filmu spadła wraz ze wzrostem pH roztworu, a grubość filmu nagle spadła przy pH2,5 HPC/PAA i pH3,0-3,5 HPC/PAA. Krytyczny punkt HPC/PAA wynosi około 3,5, podczas gdy HEC/PAA wynosi około 3,0. Oznacza to, że gdy pH roztworu montażowego jest wyższe niż 3,5, nie można utworzyć filmu HPC/PAA, a gdy pH roztworu jest wyższe niż 3,0, nie można utworzyć folii HEC/PAA. Ze względu na wyższy stopień kompleksowania wiązań wodorowych błony HPC/PAA krytyczna wartość pH błony HPC/PAA jest wyższa niż w błonie HEC/PAA. W roztworze bez soli wartości krytycznych pH kompleksów utworzonych przez HEC/PAA, MC/PAA i HPC/PAA wynosiły odpowiednio około 2,9, 3,2 i 3,7. Krytyczne pH HPC/PAA jest wyższe niż pH HEC/PAA, co jest zgodne z pH błony LBL.
Wydajność wchłaniania wody membrany CE/ PAA:
CES jest bogaty w grupy hydroksylowe, dzięki czemu ma dobre wchłanianie wody i zatrzymywanie wody. Przykładając błonę HEC/PAA jako przykład, badano zdolność adsorpcji membrany CE/PAA związanej z wodorem do wody w środowisku. Grubość folii, charakteryzująca się interferometrią spektralną, wzrasta, gdy folia pochłania wodę. Został umieszczony w środowisku o regulowanej wilgotności w temperaturze 25 ° C przez 24 godziny, aby osiągnąć równowagę absorpcji wody. Filmy wysuszono w piekarniku próżniowym (40 ° C) przez 24 godziny, aby całkowicie usunąć wilgoć.
Wraz ze wzrostem wilgotności folia gęstnieje. W obszarze o niskiej wilgotności 30–50%wzrost grubości jest stosunkowo powolny. Gdy wilgotność przekracza 50%, grubość gwałtownie rośnie. W porównaniu z membraną PVPON/PAA związaną z wodorem, membrana HEC/PAA może pochłaniać więcej wody ze środowiska. Pod warunkiem wilgotności względnej 70%(25 ° C) zakres pogrubienia filmu PVPON/PAA wynosi około 4%, podczas gdy wilgotność HEC/PAA wynosi tak wysokie, jak około 18%. Wyniki wykazały, że chociaż pewna ilość grup OH w układzie HEC/PAA uczestniczyła w tworzeniu wiązań wodorowych, nadal istniała znaczna liczba grup OH interakcja z wodą w środowisku. Dlatego układ HEC/PAA ma dobre właściwości absorpcji wody.
Podsumowując
(1) System HPC/PAA o najwyższym stopniu wiązania wodorowego CE i PAA ma najszybszy wzrost wśród nich, MC/PAA jest w środku, a HEC/PAA jest najniższy.
(2) Film HEC/PAA wykazał liniowy tryb wzrostu w całym procesie przygotowania, podczas gdy pozostałe dwa filmy MC/PAA i HPC/PAA wykazały wykładniczy wzrost w pierwszych kilku cyklach, a następnie przekształciły się w tryb wzrostu liniowego.
(3) Wzrost filmu CE/PAA ma silną zależność od pH rozwiązania. Gdy pH rozwiązania jest wyższe niż jego punkt krytyczny, PAA i CE nie mogą złożyć w filmie. Zgromadzona membrana CE/PAA była rozpuszczalna w roztworach o wysokim pH.
(4) Ponieważ film CE/PAA jest bogaty w OH i COOH, obróbka cieplna sprawia, że jest usieciowany. Przyłodowa membrana CE/PAA ma dobrą stabilność i jest nierozpuszczalna w roztworach o wysokim pH.
(5) Film CE/PAA ma dobrą zdolność adsorpcji wody w środowisku.
Czas po: 18-2023 lutego