Background ng pananaliksik
Bilang isang natural, sagana at nababago na mapagkukunan, ang mga cellulose ay nakatagpo ng mahusay na mga hamon sa mga praktikal na aplikasyon dahil sa hindi pagtunaw at limitadong mga katangian ng solubility. Ang mataas na pagkikristal at high-density na hydrogen bond sa istraktura ng cellulose ay ginagawang nagpapabagal ngunit hindi matunaw sa panahon ng proseso ng pag-aari, at hindi matutunaw sa tubig at karamihan sa mga organikong solvent. Ang kanilang mga derivatives ay ginawa ng esterification at eterification ng mga hydroxyl group sa mga yunit ng anhydroglucose sa chain ng polimer, at magpapakita ng ilang iba't ibang mga pag -aari kumpara sa natural na cellulose. Ang eterification reaksyon ng cellulose ay maaaring makabuo ng maraming mga tubig na natutunaw sa tubig, tulad ng methyl cellulose (MC), hydroxyethyl cellulose (HEC) at hydroxypropyl cellulose (HPC), na malawakang ginagamit sa pagkain, kosmetiko, sa mga parmasyutiko at gamot. Ang tubig na natutunaw sa CE ay maaaring makabuo ng mga polymers na may bonded na hydrogen na may polycarboxylic acid at polyphenols.
Ang Layer-by-Layer Assembly (LBL) ay isang epektibong pamamaraan para sa paghahanda ng polymer composite manipis na pelikula. Ang mga sumusunod ay pangunahing naglalarawan sa pagpupulong ng LBL ng tatlong magkakaibang CES ng HEC, MC at HPC kasama ang PAA, inihahambing ang kanilang pag -uugali sa pagpupulong, at pinag -aaralan ang impluwensya ng mga kapalit sa pagpupulong ng LBL. Suriin ang epekto ng pH sa kapal ng pelikula, at ang iba't ibang mga pagkakaiba -iba ng pH sa pagbuo ng pelikula at paglusaw, at bumuo ng mga katangian ng pagsipsip ng tubig ng CE/PAA.
Mga Pang -eksperimentong Materyales:
Polyacrylic acid (PAA, MW = 450,000). Ang lagkit ng 2WT.% Aqueous solution ng hydroxyethylcellulose (HEC) ay 300 MPa · s, at ang antas ng pagpapalit ay 2.5. Ang Methylcellulose (MC, isang 2WT.% Aqueous solution na may lagkit na 400 MPa · s at isang antas ng pagpapalit ng 1.8). Ang Hydroxypropyl cellulose (HPC, isang 2WT.% May tubig na solusyon na may lagkit na 400 MPa · s at isang antas ng pagpapalit ng 2.5).
Paghahanda ng Pelikula:
Inihanda ng likidong crystal layer pagpupulong sa silikon sa 25 ° C. Ang paraan ng paggamot ng slide matrix ay ang mga sumusunod: magbabad sa acidic solution (H2SO4/H2O2, 7/3vol/vol) para sa 30min, pagkatapos ay banlawan ng deionized na tubig nang maraming beses hanggang sa ang pH ay maging neutral, at sa wakas ay matuyo na may purong nitrogen. Ang pagpupulong ng LBL ay isinasagawa gamit ang awtomatikong makinarya. Ang substrate ay halili na nababad sa solusyon ng CE (0.2 mg/mL) at solusyon ng PAA (0.2 mg/mL), ang bawat solusyon ay nababad sa loob ng 4 min. Tatlong banlawan ang magbabad ng 1 min bawat isa sa deionized na tubig ay isinagawa sa pagitan ng bawat solusyon na magbabad upang alisin ang maluwag na nakalakip na polimer. Ang mga halaga ng pH ng solusyon sa pagpupulong at ang solusyon sa rinsing ay parehong nababagay sa pH 2.0. Ang mga inihanda na pelikula ay tinutukoy bilang (ce/PAA) n, kung saan ang n ay nagpapahiwatig ng siklo ng pagpupulong. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 at (HPC/PAA) 30 ay pangunahing inihanda.
Characterization ng Pelikula:
Malapit-normal na pagmuni-muni ng spectra ay naitala at nasuri na may mga optika ng karagatan ng nanocalc-xr, at ang kapal ng mga pelikulang idineposito sa silikon ay sinusukat. Sa pamamagitan ng isang blangko na silikon na substrate bilang background, ang FT-IR spectrum ng manipis na pelikula sa silikon na substrate ay nakolekta sa isang Nicolet 8700 infrared spectrometer.
Ang mga pakikipag -ugnay sa bono ng hydrogen sa pagitan ng PAA at CES:
Assembly ng HEC, MC at HPC kasama ang PAA sa mga pelikulang LBL. Ang infrared spectra ng HEC/PAA, MC/PAA at HPC/PAA ay ipinapakita sa figure. Ang malakas na signal ng IR ng PAA at CES ay maaaring malinaw na naobserbahan sa IR spectra ng HEC/PAA, MC/PAA at HPC/PAA. Ang FT-IR spectroscopy ay maaaring pag-aralan ang pagiging kumplikado ng hydrogen bond sa pagitan ng PAA at CES sa pamamagitan ng pagsubaybay sa paglipat ng mga bandang pagsipsip ng katangian. Ang hydrogen bonding sa pagitan ng CES at PAA higit sa lahat ay nangyayari sa pagitan ng hydroxyl oxygen ng CES at ang COOH group ng PAA. Matapos mabuo ang bono ng hydrogen, ang lumalawak na rurok na pulang paglilipat sa mababang direksyon ng dalas.
Ang isang rurok na 1710 cm-1 ay sinusunod para sa purong PAA pulbos. Kapag ang polyacrylamide ay natipon sa mga pelikula na may iba't ibang mga CES, ang mga taluktok ng HEC/PAA, MC/PAA at MPC/PAA films ay matatagpuan sa 1718 cm-1, 1720 cm-1 at 1724 cm-1, ayon sa pagkakabanggit. Kung ikukumpara sa purong PAA pulbos, ang haba ng rurok ng HPC/PAA, MC/PAA at HEC/PAA films na inilipat ng 14, 10 at 8 cm - 1, ayon sa pagkakabanggit. Ang hydrogen bond sa pagitan ng eter oxygen at COOH ay nakakagambala sa hydrogen bond sa pagitan ng mga pangkat ng COOH. Ang higit pang mga bono ng hydrogen na nabuo sa pagitan ng PAA at CE, mas malaki ang rurok ng paglilipat ng CE/PAA sa IR spectra. Ang HPC ay may pinakamataas na antas ng pagiging kumplikado ng hydrogen bond, ang PAA at MC ay nasa gitna, at ang HEC ang pinakamababa.
Pag -uugali ng paglago ng mga pinagsama -samang pelikula ng PAA at CES:
Ang pag-uugali na bumubuo ng pelikula ng PAA at CES sa panahon ng pagpupulong ng LBL ay sinisiyasat gamit ang QCM at spectral interferometry. Ang QCM ay epektibo para sa pagsubaybay sa paglago ng pelikula sa lugar sa unang ilang mga siklo ng pagpupulong. Ang mga spectral interferometer ay angkop para sa mga pelikulang lumago ng higit sa 10 mga siklo.
Ang pelikulang HEC/PAA ay nagpakita ng isang guhit na paglago sa buong proseso ng pagpupulong ng LBL, habang ang mga pelikulang MC/PAA at HPC/PAA ay nagpakita ng isang paglaki ng paglaki sa mga unang yugto ng pagpupulong at pagkatapos ay nagbago sa isang guhit na paglaki. Sa rehiyon ng paglago ng linear, mas mataas ang antas ng kumplikado, mas malaki ang paglaki ng kapal sa bawat siklo ng pagpupulong.
Epekto ng solusyon pH sa paglaki ng pelikula:
Ang halaga ng pH ng solusyon ay nakakaapekto sa paglaki ng hydrogen bonded polymer composite film. Bilang isang mahina na polyelectrolyte, ang PAA ay ionized at negatibong sisingilin habang tumataas ang pH ng solusyon, sa gayon ay pumipigil sa samahan ng hydrogen bond. Kapag ang antas ng ionization ng PAA ay umabot sa isang tiyak na antas, ang PAA ay hindi maaaring magtipon sa isang pelikula na may mga tumatanggap ng hydrogen bond sa LBL.
Ang kapal ng pelikula ay nabawasan sa pagtaas ng solusyon pH, at ang kapal ng pelikula ay nabawasan nang bigla sa PH2.5 HPC/PAA at PH3.0-3.5 HPC/PAA. Ang kritikal na punto ng HPC/PAA ay tungkol sa pH 3.5, habang ang HEC/PAA ay tungkol sa 3.0. Nangangahulugan ito na kapag ang pH ng solusyon sa pagpupulong ay mas mataas kaysa sa 3.5, ang HPC/PAA film ay hindi mabubuo, at kapag ang pH ng solusyon ay mas mataas kaysa sa 3.0, ang HEC/PAA film ay hindi mabubuo. Dahil sa mas mataas na antas ng pagiging kumplikado ng hydrogen bond ng HPC/PAA lamad, ang kritikal na halaga ng pH ng HPC/PAA membrane ay mas mataas kaysa sa HEC/PAA lamad. Sa solusyon na walang asin, ang mga kritikal na halaga ng pH ng mga kumplikadong nabuo ng HEC/PAA, MC/PAA at HPC/PAA ay tungkol sa 2.9, 3.2 at 3.7, ayon sa pagkakabanggit. Ang kritikal na pH ng HPC/PAA ay mas mataas kaysa sa HEC/PAA, na naaayon sa LBL lamad.
Pagganap ng pagsipsip ng tubig ng CE/ PAA lamad:
Ang CES ay mayaman sa mga pangkat ng hydroxyl upang magkaroon ito ng mahusay na pagsipsip ng tubig at pagpapanatili ng tubig. Ang pagkuha ng lamad ng HEC/PAA bilang isang halimbawa, ang kapasidad ng adsorption ng hydrogen-bonded CE/PAA lamad sa tubig sa kapaligiran ay pinag-aralan. Nailalarawan sa pamamagitan ng spectral interferometry, ang kapal ng pelikula ay nagdaragdag habang ang pelikula ay sumisipsip ng tubig. Inilagay ito sa isang kapaligiran na may nababagay na kahalumigmigan sa 25 ° C sa loob ng 24 na oras upang makamit ang balanse ng pagsipsip ng tubig. Ang mga pelikula ay natuyo sa isang vacuum oven (40 ° C) para sa 24 h upang ganap na alisin ang kahalumigmigan.
Habang tumataas ang kahalumigmigan, ang pelikula ay pampalapot. Sa mababang lugar ng kahalumigmigan na 30%-50%, ang paglaki ng kapal ay medyo mabagal. Kapag ang kahalumigmigan ay lumampas sa 50%, ang kapal ay mabilis na lumalaki. Kung ikukumpara sa hydrogen-bonded PVPON/PAA lamad, ang lamad ng HEC/PAA ay maaaring sumipsip ng mas maraming tubig mula sa kapaligiran. Sa ilalim ng kondisyon ng kamag -anak na kahalumigmigan na 70%(25 ° C), ang pampalapot na hanay ng PVPON/PAA film ay halos 4%, habang ang HEC/PAA film ay kasing taas ng tungkol sa 18%. Ang mga resulta ay nagpakita na kahit na ang isang tiyak na halaga ng mga pangkat ng OH sa sistema ng HEC/PAA ay lumahok sa pagbuo ng mga bono ng hydrogen, mayroon pa ring malaking bilang ng mga pangkat ng OH na nakikipag -ugnay sa tubig sa kapaligiran. Samakatuwid, ang sistema ng HEC/PAA ay may mahusay na mga katangian ng pagsipsip ng tubig.
sa konklusyon
.
.
(3) Ang paglaki ng CE/PAA film ay may malakas na pag -asa sa solusyon pH. Kapag ang solusyon pH ay mas mataas kaysa sa kritikal na punto nito, ang PAA at CE ay hindi maaaring magtipon sa isang pelikula. Ang pinagsama -samang CE/PAA lamad ay natutunaw sa mataas na mga solusyon sa pH.
. Ang cross-link na CE/PAA membrane ay may mahusay na katatagan at hindi matutunaw sa mataas na mga solusyon sa pH.
(5) Ang CE/PAA film ay may mahusay na kapasidad ng adsorption para sa tubig sa kapaligiran.
Oras ng Mag-post: Peb-18-2023