Sfond tar-Riċerka
Bħala riżorsa naturali, abbundanti u rinnovabbli, iċ-ċelluloża tiltaqa 'ma' sfidi kbar f'applikazzjonijiet prattiċi minħabba l-proprjetajiet li ma tidwibx u s-solubilità limitata tagħha.Il-kristallinità għolja u l-bonds ta 'l-idroġenu ta' densità għolja fl-istruttura taċ-ċelluloża jagħmluha tiddegrada iżda ma tinħallx matul il-proċess tal-pussess, u ma tinħallx fl-ilma u l-biċċa l-kbira tas-solventi organiċi.Id-derivattivi tagħhom huma prodotti mill-esterifikazzjoni u l-eterifikazzjoni tal-gruppi hydroxyl fuq l-unitajiet anidroglukożju fil-katina tal-polimeru, u se juru xi proprjetajiet differenti meta mqabbla maċ-ċelluloża naturali.Ir-reazzjoni ta 'eterifikazzjoni taċ-ċelluloża tista' tiġġenera ħafna eteri taċ-ċelluloża li jinħall fl-ilma, bħal ċelluloża tal-metil (MC), ċelluloża idrossietil (HEC) u ċelluloża idrossipropil (HPC), li jintużaw ħafna fl-ikel, kożmetiċi, fil-farmaċewtiċi u fil-mediċina.CE solubbli fl-ilma jista 'jifforma polimeri magħqudin bl-idroġenu b'aċidi polycarboxylic u polyphenols.
Assemblaġġ saff b'saff (LBL) huwa metodu effettiv għall-preparazzjoni ta 'films irqaq komposti ta' polimeru.Dan li ġej jiddeskrivi prinċipalment l-assemblaġġ LBL ta 'tliet CEs differenti ta' HEC, MC u HPC ma 'PAA, iqabbel l-imġieba ta' assemblaġġ tagħhom, u janalizza l-influwenza ta 'sostituenti fuq assemblaġġ LBL.Investiga l-effett tal-pH fuq il-ħxuna tal-film, u d-differenzi differenti tal-pH fuq il-formazzjoni u x-xoljiment tal-film, u tiżviluppa l-proprjetajiet ta 'assorbiment tal-ilma ta' CE/PAA.
Materjali Sperimentali:
Aċidu poliakriliku (PAA, Mw = 450,000).Il-viskożità ta 'soluzzjoni akwea ta' 2wt.% ta 'hydroxyethylcellulose (HEC) hija 300 mPa·s, u l-grad ta' sostituzzjoni huwa 2.5.Methylcellulose (MC, soluzzjoni akwea ta '2wt.% b'viskożità ta' 400 mPa·s u grad ta 'sostituzzjoni ta' 1.8).Hydroxypropyl cellulose (HPC, soluzzjoni akwea ta '2wt.% b'viskożità ta' 400 mPa·s u grad ta 'sostituzzjoni ta' 2.5).
Preparazzjoni tal-film:
Ippreparat b'assemblaġġ ta 'saff ta' kristall likwidu fuq silikon f'25 °C.Il-metodu ta 'trattament tal-matriċi slide huwa kif ġej: soak f'soluzzjoni aċiduża (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) għal 30min, imbagħad laħlaħ b'ilma dejonizzat diversi drabi sakemm il-pH isir newtrali, u finalment nixxef b'nitroġenu pur.L-assemblaġġ tal-LBL isir bl-użu ta 'makkinarju awtomatiku.Is-sottostrat kien mxarrba alternattivament f'soluzzjoni CE (0.2 mg/mL) u soluzzjoni PAA (0.2 mg/mL), kull soluzzjoni kienet mxarrba għal 4 min.Tliet tlaħlaħ soaks ta '1 min kull wieħed f'ilma dejonizzat saru bejn kull soak tas-soluzzjoni biex jitneħħa polimeru imwaħħal b'mod laxk.Il-valuri tal-pH tas-soluzzjoni tal-assemblaġġ u s-soluzzjoni tat-tlaħliħ ġew it-tnejn aġġustati għal pH 2.0.Il-films kif ippreparati huma indikati bħala (CE/PAA)n, fejn n jindika ċ-ċiklu tal-assemblaġġ.(HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 u (HPC/PAA)30 kienu prinċipalment ippreparati.
Karatterizzazzjoni tal-Films:
Spettri ta 'riflettanza kważi normali ġew irreġistrati u analizzati b'NanoCalc-XR Ocean Optics, u ġiet imkejla l-ħxuna tal-films depożitati fuq is-silikon.B'sottostrat tas-silikon vojt bħala l-isfond, l-ispettru FT-IR tal-film irqiq fuq is-sottostrat tas-silikon inġabar fuq spettrometru infrared Nicolet 8700.
Interazzjonijiet tal-bonds tal-idroġenu bejn PAA u CEs:
Assemblaġġ ta 'HEC, MC u HPC b'PAA f'films LBL.L-ispettri infra-aħmar ta 'HEC/PAA, MC/PAA u HPC/PAA huma murija fil-figura.Is-sinjali IR qawwija ta 'PAA u CES jistgħu jiġu osservati b'mod ċar fl-ispettri IR ta' HEC/PAA, MC/PAA u HPC/PAA.L-ispettroskopija FT-IR tista 'tanalizza l-kumplessazzjoni tal-bonds tal-idroġenu bejn PAA u CES billi timmonitorja l-bidla tal-meded ta' assorbiment karatteristiċi.It-twaħħil ta 'l-idroġenu bejn CES u PAA jseħħ prinċipalment bejn l-ossiġenu hydroxyl ta' CES u l-grupp COOH ta 'PAA.Wara li l-bond ta 'l-idroġenu jiġi ffurmat, il-quċċata tat-tiġbid aħmar tinbidel għad-direzzjoni ta' frekwenza baxxa.
Ġiet osservata quċċata ta '1710 cm-1 għal trab PAA pur.Meta polyacrylamide ġie mmuntat f'films b'CEs differenti, il-qċaċet tal-films HEC/PAA, MC/PAA u MPC/PAA kienu jinsabu f'1718 cm-1, 1720 cm-1 u 1724 cm-1, rispettivament.Meta mqabbel mat-trab tal-PAA pur, it-tulijiet tal-quċċata tal-films HPC/PAA, MC/PAA u HEC/PAA ċċaqilqu b'14, 10 u 8 cm-1, rispettivament.Ir-rabta tal-idroġenu bejn l-ossiġnu tal-etere u COOH tinterrompi r-rabta tal-idroġenu bejn il-gruppi COOH.Iktar ma jkunu ffurmati bonds tal-idroġenu bejn PAA u CE, iktar ikun kbir iċ-ċaqliq tal-quċċata ta 'CE/PAA fl-ispettri IR.L-HPC għandu l-ogħla grad ta 'kumplessazzjoni tal-bonds tal-idroġenu, PAA u MC huma fin-nofs, u HEC huwa l-aktar baxx.
Imġiba tat-tkabbir ta' films komposti ta' PAA u CEs:
L-imġiba li tifforma l-film ta 'PAA u CEs waqt l-assemblaġġ LBL ġiet investigata bl-użu ta' QCM u interferometrija spettrali.QCM huwa effettiv għall-monitoraġġ tat-tkabbir tal-film in situ matul l-ewwel ftit ċikli ta 'assemblaġġ.L-interferometri spettrali huma adattati għal films imkabbra fuq 10 ċikli.
Il-film HEC/PAA wera tkabbir lineari matul il-proċess ta 'assemblaġġ LBL, filwaqt li l-films MC/PAA u HPC/PAA wrew tkabbir esponenzjali fl-istadji bikrija tal-assemblaġġ u mbagħad trasformati fi tkabbir lineari.Fir-reġjun tat-tkabbir lineari, iktar ma jkun għoli l-grad ta 'kumplessazzjoni, iktar ikun kbir it-tkabbir tal-ħxuna għal kull ċiklu ta' assemblaġġ.
Effett tal-pH tas-soluzzjoni fuq it-tkabbir tal-film:
Il-valur tal-pH tas-soluzzjoni jaffettwa t-tkabbir tal-film kompost tal-polimeru magħqud bl-idroġenu.Bħala polyelectrolyte dgħajjef, PAA se jiġi jonizzat u ċċarġjat b'mod negattiv hekk kif il-pH tas-soluzzjoni jiżdied, u b'hekk jinibixxi l-assoċjazzjoni tal-bonds tal-idroġenu.Meta l-grad ta 'jonizzazzjoni ta' PAA laħaq ċertu livell, PAA ma setax jinġabar f'film b'aċċettaturi ta 'bonds ta' idroġenu f'LBL.
Il-ħxuna tal-film naqset biż-żieda tal-pH tas-soluzzjoni, u l-ħxuna tal-film naqset f'daqqa f'pH2.5 HPC/PAA u pH3.0-3.5 HPC/PAA.Il-punt kritiku ta 'HPC/PAA huwa madwar pH 3.5, filwaqt li dak ta' HEC/PAA huwa madwar 3.0.Dan ifisser li meta l-pH tas-soluzzjoni tal-assemblaġġ ikun ogħla minn 3.5, il-film HPC/PAA ma jistax jiġi ffurmat, u meta l-pH tas-soluzzjoni jkun ogħla minn 3.0, il-film HEC/PAA ma jistax jiġi ffurmat.Minħabba l-grad ogħla ta 'kumplessazzjoni tal-bonds tal-idroġenu tal-membrana HPC/PAA, il-valur kritiku tal-pH tal-membrana HPC/PAA huwa ogħla minn dak tal-membrana HEC/PAA.F'soluzzjoni mingħajr melħ, il-valuri kritiċi tal-pH tal-kumplessi ffurmati minn HEC/PAA, MC/PAA u HPC/PAA kienu madwar 2.9, 3.2 u 3.7, rispettivament.Il-pH kritiku ta 'HPC/PAA huwa ogħla minn dak ta' HEC/PAA, li huwa konsistenti ma 'dak tal-membrana LBL.
Prestazzjoni tal-assorbiment tal-ilma tal-membrana CE/PAA:
CES huwa għani fi gruppi hydroxyl sabiex ikollu assorbiment tajjeb tal-ilma u żamma tal-ilma.Meta wieħed jieħu l-membrana HEC/PAA bħala eżempju, ġiet studjata l-kapaċità ta 'assorbiment tal-membrana CE/PAA magħquda bl-idroġenu mal-ilma fl-ambjent.Ikkaratterizzat minn interferometrija spettrali, il-ħxuna tal-film tiżdied hekk kif il-film jassorbi l-ilma.Tqiegħed f'ambjent b'umdità aġġustabbli f'25 ° C għal 24 siegħa biex jinkiseb ekwilibriju ta 'assorbiment ta' ilma.Il-films ġew imnixxfa f'forn vakwu (40 °C) għal 24 siegħa biex tneħħi kompletament l-umdità.
Hekk kif l-umdità tiżdied, il-film jeħxien.Fiż-żona ta 'umdità baxxa ta' 30% -50%, it-tkabbir tal-ħxuna huwa relattivament bil-mod.Meta l-umdità taqbeż il-50%, il-ħxuna tikber malajr.Meta mqabbla mal-membrana PVPON/PAA marbuta bl-idroġenu, il-membrana HEC/PAA tista 'tassorbi aktar ilma mill-ambjent.Taħt il-kondizzjoni ta 'umdità relattiva ta' 70% (25 ° C), il-firxa tat-tħaxxin tal-film PVPON/PAA hija madwar 4%, filwaqt li dik tal-film HEC/PAA hija għolja daqs madwar 18%.Ir-riżultati wrew li għalkemm ċertu ammont ta 'gruppi OH fis-sistema HEC/PAA pparteċipaw fil-formazzjoni ta' bonds tal-idroġenu, kien għad hemm numru konsiderevoli ta 'gruppi OH li jinteraġixxu mal-ilma fl-ambjent.Għalhekk, is-sistema HEC/PAA għandha proprjetajiet tajbin ta 'assorbiment ta' ilma.
fil-konklużjoni
(1) Is-sistema HPC/PAA bl-ogħla grad ta 'irbit tal-idroġenu ta' CE u PAA għandha l-aktar tkabbir mgħaġġel fosthom, MC/PAA tinsab fin-nofs, u HEC/PAA hija l-aktar baxxa.
(2) Il-film HEC/PAA wera mod ta 'tkabbir lineari matul il-proċess ta' preparazzjoni, filwaqt li ż-żewġ films l-oħra MC/PAA u HPC/PAA wrew tkabbir esponenzjali fl-ewwel ftit ċikli, u mbagħad trasformati f'modalità ta 'tkabbir lineari.
(3) It-tkabbir tal-film CE/PAA għandu dipendenza qawwija fuq il-pH tas-soluzzjoni.Meta l-pH tas-soluzzjoni tkun ogħla mill-punt kritiku tagħha, PAA u CE ma jistgħux jinġabru f'film.Il-membrana CE/PAA immuntata kienet solubbli f'soluzzjonijiet ta 'pH għoli.
(4) Peress li l-film CE/PAA huwa għani f'OH u COOH, it-trattament bis-sħana jagħmilha cross-linked.Il-membrana CE/PAA cross-linked għandha stabbiltà tajba u ma tinħallx f'soluzzjonijiet ta 'pH għoli.
(5) Il-film CE/PAA għandu kapaċità ta 'assorbiment tajba għall-ilma fl-ambjent.
Ħin tal-post: Frar-18-2023