Kaagi sa Panukiduki
Isip usa ka natural, daghan, ug mabag-o nga kahinguhaan, ang cellulose nakasugat og dagkong mga hagit sa praktikal nga aplikasyon tungod sa dili matunaw ug limitado nga mga kabtangan niini sa solubility. Ang taas nga crystallinity ug high-density hydrogen bonds sa istruktura sa cellulose naghimo niini nga madaot apan dili matunaw atol sa proseso sa pagpanag-iya, ug dili matunaw sa tubig ug kadaghanan sa mga organic solvent. Ang ilang mga derivatives gihimo pinaagi sa esterification ug etherification sa hydroxyl groups sa anhydroglucose units sa polymer chain, ug magpakita og pipila ka lain-laing mga kabtangan kon itandi sa natural nga cellulose. Ang etherification reaction sa cellulose makamugna og daghang water-soluble cellulose ethers, sama sa methyl cellulose (MC), hydroxyethyl cellulose (HEC) ug hydroxypropyl cellulose (HPC), nga kaylap nga gigamit sa pagkaon, kosmetiko, sa mga parmasyutiko ug medisina. Ang water-soluble CE makaporma og hydrogen-bonded polymers nga adunay polycarboxylic acids ug polyphenols.
Ang Layer-by-layer assembly (LBL) usa ka epektibo nga pamaagi sa pag-andam sa polymer composite thin films. Ang mosunod naghulagway sa LBL assembly sa tulo ka lain-laing CEs sa HEC, MC ug HPC uban sa PAA, nagtandi sa ilang assembly behavior, ug nag-analisar sa impluwensya sa mga substituents sa LBL assembly. Susiha ang epekto sa pH sa gibag-on sa film, ug ang lain-laing kalainan sa pH sa pagporma ug pagkatunaw sa film, ug pauswaga ang mga kabtangan sa pagsuhop sa tubig sa CE/PAA.
Mga Materyales sa Eksperimento:
Polyacrylic acid (PAA, Mw = 450,000). Ang viscosity sa 2wt.% nga tubigon nga solusyon sa hydroxyethylcellulose (HEC) kay 300 mPa·s, ug ang degree sa substitution kay 2.5. Methylcellulose (MC, usa ka 2wt.% nga tubigon nga solusyon nga adunay viscosity nga 400 mPa·s ug degree sa substitution nga 1.8). Hydroxypropyl cellulose (HPC, usa ka 2wt.% nga tubigon nga solusyon nga adunay viscosity nga 400 mPa·s ug degree sa substitution nga 2.5).
Pag-andam sa pelikula:
Giandam pinaagi sa liquid crystal layer assembly sa silicon sa 25°C. Ang pamaagi sa pagtambal sa slide matrix mao ang mosunod: ibabad sa acidic solution (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) sulod sa 30 minutos, dayon hugasi gamit ang deionized water sa makadaghang higayon hangtod nga ang pH mahimong neutral, ug sa katapusan mamala gamit ang puro nga nitroheno. Ang LBL assembly gihimo gamit ang awtomatikong makinarya. Ang substrate gipuli-puli nga ibabad sa CE solution (0.2 mg/mL) ug PAA solution (0.2 mg/mL), ang matag solusyon ibabad sulod sa 4 minutos. Tulo ka rinse soaks nga 1 minutos matag usa sa deionized water ang gihimo taliwala sa matag solution soak aron makuha ang luag nga nagtapot nga polymer. Ang mga pH value sa assembly solution ug sa rinsing solution parehong gi-adjust sa pH 2.0. Ang mga as-prepared films gi-markahan nga (CE/PAA)n, diin ang n nagpasabot sa assembly cycle. Ang (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 ug (HPC/PAA)30 pangunang giandam.
Pag-ila sa Pelikula:
Ang mga hapit-normal nga reflectance spectra girekord ug gi-analisar gamit ang NanoCalc-XR Ocean Optics, ug ang gibag-on sa mga pelikula nga nadeposito sa silicon gisukod. Gamit ang blangko nga silicon substrate isip background, ang FT-IR spectrum sa nipis nga pelikula sa silicon substrate gikolekta sa usa ka Nicolet 8700 infrared spectrometer.
Mga interaksyon sa hydrogen bond tali sa PAA ug CE:
Ang pag-assemble sa HEC, MC ug HPC uban sa PAA ngadto sa mga LBL film. Ang infrared spectra sa HEC/PAA, MC/PAA ug HPC/PAA gipakita sa hulagway. Ang kusog nga IR signal sa PAA ug CES klaro nga makita sa IR spectra sa HEC/PAA, MC/PAA ug HPC/PAA. Ang FT-IR spectroscopy maka-analisa sa hydrogen bond complexation tali sa PAA ug CES pinaagi sa pagmonitor sa pagbalhin sa characteristic absorption bands. Ang hydrogen bonding tali sa CES ug PAA kasagaran mahitabo tali sa hydroxyl oxygen sa CES ug sa COOH group sa PAA. Human maporma ang hydrogen bond, ang stretching peak red mobalhin ngadto sa low frequency direction.
Usa ka kinatas-ang 1710 cm-1 ang naobserbahan para sa puro nga PAA powder. Sa dihang ang polyacrylamide gi-assemble ngadto sa mga film nga adunay lain-laing CE, ang mga kinatas-ang 1718 cm-1, 1720 cm-1 ug 1724 cm-1, matag usa. Kon itandi sa puro nga PAA powder, ang kinatas-ang 14, 10 ug 8 cm−1 nga mga film sa HPC/PAA, MC/PAA ug HEC/PAA mibalhin og 14, 10 ug 8 cm−1, matag usa. Ang hydrogen bond tali sa ether oxygen ug COOH nakabalda sa hydrogen bond tali sa mga COOH group. Kon mas daghang hydrogen bond ang naporma tali sa PAA ug CE, mas dako ang peak shift sa CE/PAA sa IR spectra. Ang HPC adunay pinakataas nga degree sa hydrogen bond complexation, ang PAA ug MC anaa sa tunga, ug ang HEC mao ang pinakaubos.
Kinaiya sa pagtubo sa mga composite film sa PAA ug CE:
Ang kinaiya sa pagporma og pelikula sa mga PAA ug CE atol sa pag-assemble sa LBL gisusi gamit ang QCM ug spectral interferometry. Epektibo ang QCM sa pagmonitor sa pagtubo sa pelikula in situ atol sa unang pipila ka siklo sa pag-assemble. Ang mga spectral interferometer angay alang sa mga pelikula nga gipatubo sulod sa kapin sa 10 ka siklo.
Ang HEC/PAA film nagpakita og linear nga pagtubo sa tibuok proseso sa LBL assembly, samtang ang MC/PAA ug HPC/PAA films nagpakita og exponential nga pagtubo sa sayong mga yugto sa assembly ug dayon nausab ngadto sa linear nga pagtubo. Sa linear nga rehiyon sa pagtubo, kon mas taas ang degree sa complexation, mas dako ang pagtubo sa gibag-on kada assembly cycle.
Epekto sa pH sa solusyon sa pagtubo sa pelikula:
Ang pH value sa solusyon makaapekto sa pagtubo sa hydrogen bonded polymer composite film. Isip usa ka huyang nga polyelectrolyte, ang PAA ma-ionize ug ma-negatively charge samtang motaas ang pH sa solusyon, sa ingon makapugong sa hydrogen bond association. Kung ang degree sa ionization sa PAA makaabot sa usa ka piho nga lebel, ang PAA dili maka-assemble ngadto sa usa ka film nga adunay hydrogen bond acceptors sa LBL.
Mikunhod ang gibag-on sa pelikula uban sa pagtaas sa pH sa solusyon, ug ang gibag-on sa pelikula kalit nga mikunhod sa pH 2.5 HPC/PAA ug pH 3.0-3.5 HPC/PAA. Ang kritikal nga punto sa HPC/PAA mga pH 3.5, samtang ang sa HEC/PAA mga 3.0. Kini nagpasabot nga kon ang pH sa assembly solution mas taas kay sa 3.5, ang HPC/PAA film dili maporma, ug kon ang pH sa solusyon mas taas kay sa 3.0, ang HEC/PAA film dili maporma. Tungod sa mas taas nga lebel sa hydrogen bond complexation sa HPC/PAA membrane, ang kritikal nga pH value sa HPC/PAA membrane mas taas kay sa HEC/PAA membrane. Sa salt-free solution, ang kritikal nga pH values sa mga complex nga naporma sa HEC/PAA, MC/PAA ug HPC/PAA mga 2.9, 3.2 ug 3.7, matag usa. Ang kritikal nga pH sa HPC/PAA mas taas kay sa HEC/PAA, nga nahiuyon sa LBL membrane.
Pagsuhop sa tubig sa CE/PAA membrane:
Ang CES daghan og hydroxyl groups busa maayo ang pagsuhop niini sa tubig ug pagpabilin niini sa tubig. Gamit ang HEC/PAA membrane isip ehemplo, gitun-an ang kapasidad sa adsorption sa hydrogen-bonded CE/PAA membrane ngadto sa tubig sa palibot. Pinaagi sa spectral interferometry, ang gibag-on sa film motaas samtang ang film mosuhop sa tubig. Gibutang kini sa usa ka palibot nga adunay adjustable humidity sa 25°C sulod sa 24 oras aron makab-ot ang water absorption equilibrium. Ang mga film gipauga sa vacuum oven (40°C) sulod sa 24 oras aron hingpit nga makuha ang kaumog.
Samtang motaas ang humidity, mobaga ang film. Sa ubos nga humidity area nga 30%-50%, ang gibag-on medyo hinay. Kung ang humidity molapas sa 50%, ang gibag-on kusog nga modako. Kung itandi sa hydrogen-bonded PVPON/PAA membrane, ang HEC/PAA membrane makasuhop og dugang tubig gikan sa palibot. Ubos sa kondisyon nga relative humidity nga 70% (25°C), ang thickening range sa PVPON/PAA film mga 4%, samtang ang sa HEC/PAA film mga 18% ra ang kataas. Ang mga resulta nagpakita nga bisan kung ang usa ka piho nga gidaghanon sa OH groups sa HEC/PAA system miapil sa pagporma sa hydrogen bonds, adunay gihapon daghang OH groups nga nakig-interact sa tubig sa palibot. Busa, ang HEC/PAA system adunay maayo nga water absorption properties.
sa konklusyon
(1) Ang sistemang HPC/PAA nga adunay pinakataas nga lebel sa hydrogen bonding nga CE ug PAA ang adunay pinakapaspas nga pagtubo taliwala kanila, ang MC/PAA naa sa tunga, ug ang HEC/PAA ang pinakaubos.
(2) Ang HEC/PAA film nagpakita og linear growth mode sa tibuok proseso sa pagpangandam, samtang ang laing duha ka film nga MC/PAA ug HPC/PAA nagpakita og exponential growth sa unang pipila ka siklo, ug dayon nabag-o ngadto sa linear growth mode.
(3) Ang pagtubo sa CE/PAA film adunay kusog nga pagdepende sa pH sa solusyon. Kung ang pH sa solusyon mas taas kaysa sa kritikal nga punto niini, ang PAA ug CE dili makatipon og usa ka pelikula. Ang natipon nga CE/PAA membrane matunaw sa mga solusyon nga taas og pH.
(4) Tungod kay ang CE/PAA film dato sa OH ug COOH, ang heat treatment naghimo niini nga cross-linked. Ang cross-linked CE/PAA membrane adunay maayong kalig-on ug dili matunaw sa taas nga pH nga mga solusyon.
(5) Ang CE/PAA film adunay maayong kapasidad sa pagsuhop sa tubig sa palibot.
Oras sa pag-post: Pebrero 18, 2023