Sfondate di Ricerca
Cum'è una risorsa naturale, abbundante è rinnuvevule, a cellulosa scontra grandi sfide in l'applicazioni pratiche per via di e so proprietà di non fusione è di solubilità limitata. L'alta cristallinità è i ligami à l'idrogenu d'alta densità in a struttura di a cellulosa a facenu degradà ma micca scioglie durante u prucessu di pussessu, è insolubile in acqua è in a maiò parte di i solventi organici. I so derivati sò prudutti da l'esterificazione è l'eterificazione di i gruppi idrossilici nantu à l'unità di anidroglucosio in a catena polimerica, è mostreranu alcune proprietà diverse paragunate à a cellulosa naturale. A reazione di eterificazione di a cellulosa pò generà parechji eteri di cellulosa solubili in acqua, cum'è a metilcellulosa (MC), l'idrossietilcellulosa (HEC) è l'idrossipropilcellulosa (HPC), chì sò largamente aduprati in l'alimentu, i cosmetici, in i farmaci è in a medicina. A CE solubile in acqua pò furmà polimeri liati à l'idrogenu cù acidi policarbossilichi è polifenoli.
L'assemblaggio stratu per stratu (LBL) hè un metudu efficace per preparà film sottili cumposti polimerichi. Quì sottu si descrive principalmente l'assemblaggio LBL di trè CE diversi di HEC, MC è HPC cù PAA, si paraguna u so cumpurtamentu d'assemblaggio è si analizza l'influenza di i sustituenti nantu à l'assemblaggio LBL. Si investiga l'effettu di u pH nantu à u spessore di u film, è e diverse differenze di pH nantu à a furmazione è a dissoluzione di u film, è si sviluppanu e proprietà d'assorbimentu d'acqua di CE/PAA.
Materiali sperimentali:
Acidu poliacrilicu (PAA, Mw = 450.000). A viscosità di una soluzione acquosa à 2% in pesu di idrossietilcellulosa (HEC) hè 300 mPa·s, è u gradu di sustituzione hè 2,5. Metilcellulosa (MC, una soluzione acquosa à 2% in pesu cù una viscosità di 400 mPa·s è un gradu di sustituzione di 1,8). Idrossipropilcellulosa (HPC, una soluzione acquosa à 2% in pesu cù una viscosità di 400 mPa·s è un gradu di sustituzione di 2,5).
Preparazione di u filmu:
Preparatu per assemblaggio di strati di cristalli liquidi nantu à u siliciu à 25 ° C. U metudu di trattamentu di a matrice di vetri hè u seguente: immergere in una soluzione acida (H2SO4 / H2O2, 7 / 3 Vol / VOL) per 30 minuti, poi sciacquare cù acqua deionizzata parechje volte finu à chì u pH diventa neutru, è infine asciugare cù azotu puru. L'assemblaggio LBL hè realizatu cù macchine automatiche. U sustratu hè statu alternativamente immersu in soluzione CE (0,2 mg / mL) è soluzione PAA (0,2 mg / mL), ogni soluzione hè stata immersa per 4 minuti. Trè imbevuti di risciacquu di 1 minutu ognunu in acqua deionizzata sò stati effettuati trà ogni imbevutu in soluzione per rimuovere u polimeru liberamente attaccatu. I valori di pH di a soluzione di assemblaggio è di a soluzione di risciacquu sò stati entrambi aghjustati à pH 2,0. I filmi appena preparati sò indicati cum'è (CE / PAA) n, induve n denota u ciclu di assemblaggio. (HEC / PAA) 40, (MC / PAA) 30 è (HPC / PAA) 30 sò stati principalmente preparati.
Caratterizazione di u filmu:
I spettri di riflettanza quasi nurmali sò stati registrati è analizati cù NanoCalc-XR Ocean Optics, è u spessore di i filmi depositati nantu à u siliciu hè statu misuratu. Cù un substratu di siliciu biancu cum'è sfondate, u spettru FT-IR di u filmu sottile nantu à u substratu di siliciu hè statu raccoltu nantu à un spettrometru infrarossu Nicolet 8700.
Interazioni di ligami à idrogenu trà PAA è CE:
Assemblaggio di HEC, MC è HPC cù PAA in filmi LBL. I spettri infrarossi di HEC/PAA, MC/PAA è HPC/PAA sò mostrati in a figura. I forti signali IR di PAA è CES ponu esse osservati chjaramente in i spettri IR di HEC/PAA, MC/PAA è HPC/PAA. A spettroscopia FT-IR pò analizà a cumplessazione di u ligame à l'idrogenu trà PAA è CES monitorizendu u cambiamentu di e bande d'assorbimentu caratteristiche. U ligame à l'idrogenu trà CES è PAA si faci principalmente trà l'ossigenu idrossile di CES è u gruppu COOH di PAA. Dopu chì u ligame à l'idrogenu hè furmatu, u piccu di stiramentu si sposta in rossu versu a direzzione di bassa frequenza.
Un piccu di 1710 cm-1 hè statu osservatu per a polvere di PAA pura. Quandu a poliacrilamide hè stata assemblata in filmi cù diversi CE, i picchi di i filmi HEC/PAA, MC/PAA è MPC/PAA eranu situati rispettivamente à 1718 cm-1, 1720 cm-1 è 1724 cm-1. In paragone cù a polvere di PAA pura, e lunghezze di i picchi di i filmi HPC/PAA, MC/PAA è HEC/PAA si sò spostate rispettivamente di 14, 10 è 8 cm-1. U ligame à l'idrogenu trà l'ossigenu etereu è u COOH interrompe u ligame à l'idrogenu trà i gruppi COOH. Più ligami à l'idrogenu si formanu trà PAA è CE, più grande hè u spostamentu di u piccu di CE/PAA in i spettri IR. HPC hà u più altu gradu di cumplessazione di ligami à l'idrogenu, PAA è MC sò in mezu, è HEC hè u più bassu.
Cumportamentu di crescita di filmi cumposti di PAA è CE:
U cumpurtamentu di furmazione di film di PAA è CE durante l'assemblaggio LBL hè statu studiatu aduprendu QCM è interferometria spettrale. QCM hè efficace per monitorà a crescita di u film in situ durante i primi cicli di assemblaggio. L'interferometri spettrali sò adatti per i film cresciuti in più di 10 cicli.
U filmu HEC/PAA hà mostratu una crescita lineare in tuttu u prucessu di assemblaggio LBL, mentre chì i filmi MC/PAA è HPC/PAA anu mostratu una crescita esponenziale in e prime fasi di l'assemblaggio è dopu si sò trasformati in una crescita lineare. In a regione di crescita lineare, più altu hè u gradu di cumplessazione, più grande hè a crescita di u spessore per ciclu di assemblaggio.
Effettu di u pH di a suluzione nantu à a crescita di u filmu:
U valore di pH di a suluzione affetta a crescita di u filmu cumpostu di polimeru ligatu à l'idrogenu. Cum'è un polielettrolitu debule, u PAA serà ionizatu è caricatu negativamente quandu u pH di a suluzione aumenta, inibendu cusì l'associazione di ligami à l'idrogenu. Quandu u gradu di ionizazione di u PAA hà righjuntu un certu livellu, u PAA ùn pudia micca assemblassi in un filmu cù accettori di ligami à l'idrogenu in LBL.
U spessore di u film hè diminuitu cù l'aumentu di u pH di a suluzione, è u spessore di u film hè diminuitu di colpu à pH 2,5 HPC/PAA è pH 3,0-3,5 HPC/PAA. U puntu criticu di HPC/PAA hè circa pH 3,5, mentre quellu di HEC/PAA hè circa 3,0. Questu significa chì quandu u pH di a suluzione di assemblaggio hè più altu di 3,5, u film HPC/PAA ùn pò esse furmatu, è quandu u pH di a suluzione hè più altu di 3,0, u film HEC/PAA ùn pò esse furmatu. A causa di u più altu gradu di cumplessazione di legami à idrogenu di a membrana HPC/PAA, u valore criticu di pH di a membrana HPC/PAA hè più altu di quellu di a membrana HEC/PAA. In una suluzione senza sale, i valori critici di pH di i cumplessi furmati da HEC/PAA, MC/PAA è HPC/PAA eranu circa 2,9, 3,2 è 3,7, rispettivamente. U pH criticu di HPC/PAA hè più altu chè quellu di HEC/PAA, chì hè coerente cù quellu di a membrana LBL.
Prestazione di assorbimentu d'acqua di a membrana CE/PAA:
U CES hè riccu di gruppi idrossilici, dunque hà una bona assorbenza è ritenzione d'acqua. Pigliendu a membrana HEC/PAA cum'è esempiu, hè stata studiata a capacità d'adsorbimentu di a membrana CE/PAA ligata à l'idrogenu à l'acqua in l'ambiente. Caratterizzata da l'interferometria spettrale, u spessore di u film aumenta quandu u film assorbe l'acqua. Hè statu piazzatu in un ambiente cù umidità regulabile à 25°C per 24 ore per ottene l'equilibriu d'assorbimentu d'acqua. I film sò stati asciugati in un fornu à vuoto (40°C) per 24 ore per rimuovere cumpletamente l'umidità.
Quandu l'umidità aumenta, u film s'ispessisce. In a zona di bassa umidità di 30%-50%, a crescita di u spessore hè relativamente lenta. Quandu l'umidità supera u 50%, u spessore cresce rapidamente. In paragone cù a membrana PVPON/PAA ligata à l'idrogenu, a membrana HEC/PAA pò assorbe più acqua da l'ambiente. Sottu à a cundizione di umidità relativa di 70% (25°C), a gamma di ispessimentu di u film PVPON/PAA hè di circa 4%, mentre chì quella di u film HEC/PAA hè alta cum'è circa 18%. I risultati anu dimustratu chì, ancu s'è una certa quantità di gruppi OH in u sistema HEC/PAA hà participatu à a furmazione di legami à l'idrogenu, ci era sempre un numeru considerableu di gruppi OH chì interagiscenu cù l'acqua in l'ambiente. Dunque, u sistema HEC/PAA hà bone proprietà di assorbimentu di l'acqua.
in cunclusione
(1) U sistema HPC/PAA cù u più altu gradu di ligame à l'idrogenu di CE è PAA hà a crescita a più rapida trà elli, MC/PAA hè in u mezu, è HEC/PAA hè u più bassu.
(2) U filmu HEC/PAA hà mostratu una modalità di crescita lineare in tuttu u prucessu di preparazione, mentre chì l'altri dui filmi MC/PAA è HPC/PAA anu mostratu una crescita esponenziale in i primi cicli, è dopu si sò trasformati in una modalità di crescita lineare.
(3) A crescita di u filmu CE/PAA hà una forte dipendenza da u pH di a suluzione. Quandu u pH di a suluzione hè più altu ch'è u so puntu criticu, PAA è CE ùn ponu micca assemblassi in un filmu. A membrana CE/PAA assemblata era solubile in suluzioni à pH altu.
(4) Siccomu u filmu CE/PAA hè riccu in OH è COOH, u trattamentu termicu u rende reticolatu. A membrana CE/PAA reticolata hà una bona stabilità è hè insolubile in suluzioni à pH altu.
(5) U film CE/PAA hà una bona capacità d'adsorbimentu per l'acqua in l'ambiente.
Data di publicazione: 18 di ferraghju 2023