Esplora Fono
Kiel natura, abunda kaj renovigebla rimedo, celulozo renkontas grandajn defiojn en praktikaj aplikoj pro siaj ne-fandaj kaj limigitaj solveblecaj ecoj. La alta kristaleco kaj alt-densecaj hidrogenaj ligoj en la celuloza strukturo igas ĝin degradi sed ne fandi dum la poseda procezo, kaj nesolvebla en akvo kaj plej multaj organikaj solviloj. Iliaj derivaĵoj estas produktitaj per la esterigado kaj eterigado de la hidroksilaj grupoj sur la anhidroglukozaj unuoj en la polimera ĉeno, kaj montros kelkajn malsamajn ecojn kompare kun natura celulozo. La eterigada reakcio de celulozo povas generi multajn akvosolveblajn celulozajn eterojn, kiel ekzemple metilcelulozo (MC), hidroksietilcelulozo (HEC) kaj hidroksipropilcelulozo (HPC), kiuj estas vaste uzataj en manĝaĵoj, kosmetikaĵoj, farmaciaĵoj kaj medicino. Akvosolvebla CE povas formi hidrogen-ligatajn polimerojn kun polikarboksilataj acidoj kaj polifenoloj.
Tavol-post-tavola kunmeto (TBL) estas efika metodo por prepari maldikajn filmojn el polimeraj kompozitaj tavoloj. La sekvanta ĉefe priskribas la TBL-kunmetadon de tri malsamaj CE-oj de HEC, MC kaj HPC kun PAA, komparas ilian kunmetadkonduton, kaj analizas la influon de substituantoj sur la TBL-kunmeton. Esploru la efikon de pH sur filmdikeco, kaj la malsamajn diferencojn de pH sur filmformado kaj dissolvo, kaj evoluigu la akvoabsorbajn ecojn de TBL/PAA.
Eksperimentaj Materialoj:
Poliakrila acido (PAA, Mw = 450,000). La viskozeco de 2-pez.% akva solvaĵo de hidroksietilcelulozo (HEC) estas 300 mPa·s, kaj la anstataŭiggrado estas 2.5. Metilcelulozo (MC), 2-pez.% akva solvaĵo kun viskozeco de 400 mPa·s kaj anstataŭiggrado de 1.8). Hidroksipropila celulozo (HPC), 2-pez.% akva solvaĵo kun viskozeco de 400 mPa·s kaj anstataŭiggrado de 2.5).
Filmpreparado:
Preparita per kunmeto de likvaj kristalaj tavolformoj sur silicio je 25°C. La traktadmetodo de la glitmatrico estas jena: trempado en acida solvaĵo (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) dum 30 minutoj, poste ellavado per dejonigita akvo plurfoje ĝis la pH fariĝas neŭtrala, kaj fine sekigado per pura nitrogeno. LBL-kunmeto estas efektivigita per aŭtomataj maŝinoj. La substrato estis alterne trempita en CE-solvaĵo (0.2 mg/mL) kaj PAA-solvaĵo (0.2 mg/mL), ĉiu solvaĵo estis trempita dum 4 minutoj. Tri ellavaj trempadoj de ĉiu 1 minuto en dejonigita akvo estis faritaj inter ĉiu solvaĵo por forigi loze alkroĉitan polimeron. La pH-valoroj de la kunmeta solvaĵo kaj la ellava solvaĵo ambaŭ estis ĝustigitaj al pH 2.0. La kiel preparitaj filmoj estas indikitaj kiel (CE/PAA)n, kie n indikas la kunmetciklon. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 kaj (HPC/PAA)30 estis ĉefe preparitaj.
Filma Karakterizado:
Preskaŭ normalaj reflektaj spektroj estis registritaj kaj analizitaj per NanoCalc-XR Ocean Optics, kaj la dikeco de filmoj deponitaj sur silicio estis mezurita. Kun blanka silicia substrato kiel fono, la FT-IR-spektro de la maldika filmo sur la silicia substrato estis kolektita per infraruĝa spektrometro Nicolet 8700.
Hidrogenligaj interagoj inter PAA kaj CE-oj:
Kunmeto de HEC, MC kaj HPC kun PAA en LBL-filmojn. La infraruĝaj spektroj de HEC/PAA, MC/PAA kaj HPC/PAA estas montritaj en la figuro. La fortaj IR-signaloj de PAA kaj CES klare observeblas en la IR-spektroj de HEC/PAA, MC/PAA kaj HPC/PAA. FT-IR-spektroskopio povas analizi la hidrogenligan kompleksadon inter PAA kaj CES per monitorado de la ŝoviĝo de karakterizaj absorbaj bendoj. La hidrogena ligado inter CES kaj PAA ĉefe okazas inter la hidroksila oksigeno de CES kaj la COOH-grupo de PAA. Post kiam la hidrogena ligo formiĝas, la streĉa pinto ruĝe ŝoviĝas al la malaltfrekvenca direkto.
Pinto de 1710 cm⁻¹ estis observita por pura PAA-pulvoro. Kiam poliakrilamido estis kunmetita en filmojn kun malsamaj CE-oj, la pintoj de HEC/PAA, MC/PAA kaj MPC/PAA-filmoj troviĝis je 1718 cm⁻¹, 1720 cm⁻¹ kaj 1724 cm⁻¹, respektive. Kompare kun pura PAA-pulvoro, la pintaj longoj de HPC/PAA, MC/PAA kaj HEC/PAA-filmoj ŝoviĝis je 14, 10 kaj 8 cm⁻¹, respektive. La hidrogena ligo inter la etera oksigeno kaj COOH interrompas la hidrogenan ligon inter la COOH-grupoj. Ju pli da hidrogenaj ligoj formiĝas inter PAA kaj CE, des pli granda estas la pinta ŝoviĝo de CE/PAA en IR-spektroj. HPC havas la plej altan gradon de hidrogenliga kompleksiĝo, PAA kaj MC estas en la mezo, kaj HEC estas la plej malalta.
Kreskokonduto de kompozitaj filmoj de PAA kaj CE-oj:
La filmo-formiga konduto de PAA kaj CE-oj dum LBL-asembleo estis esplorita uzante QCM kaj spektran interferometrion. QCM estas efika por monitori filmkreskon surloke dum la unuaj kelkaj asembleo-cikloj. Spektraj interferometroj taŭgas por filmoj kreskigitaj dum pli ol 10 cikloj.
La HEC/PAA-filmo montris linian kreskon dum la tuta LBL-kunmetprocezo, dum la MC/PAA kaj HPC/PAA-filmoj montris eksponentan kreskon en la fruaj stadioj de kunmetado kaj poste transformiĝis en linian kreskon. En la lineara kreskoregiono, ju pli alta la grado de kompleksiĝo, des pli granda la dikecokresko por ĉiu kunmetciklo.
Efiko de la pH de la solvaĵo sur la kreskon de la filmo:
La pH-valoro de la solvaĵo influas la kreskon de la hidrogenligigita polimera kompozita filmo. Kiel malforta polielektrolito, PAA joniĝos kaj negative ŝargiĝos kiam la pH de la solvaĵo pliiĝas, tiel inhibiciante hidrogenligan asociiĝon. Kiam la grado de jonigo de PAA atingis certan nivelon, PAA ne povis kunmetiĝi en filmon kun hidrogenligaj akceptantoj en LBL.
La filmdikeco malpliiĝis kun la pliiĝo de la pH de la solvaĵo, kaj la filmdikeco subite malpliiĝis je pH 2.5 por HPC/PAA kaj pH 3.0-3.5 por HPC/PAA. La kritika punkto de HPC/PAA estas ĉirkaŭ pH 3.5, dum tiu de HEC/PAA estas ĉirkaŭ 3.0. Ĉi tio signifas, ke kiam la pH de la kunmeta solvaĵo estas pli alta ol 3.5, la HPC/PAA-filmo ne povas formiĝi, kaj kiam la pH de la solvaĵo estas pli alta ol 3.0, la HEC/PAA-filmo ne povas formiĝi. Pro la pli alta grado de hidrogenliga kompleksiĝo de la HPC/PAA-membrano, la kritika pH-valoro de la HPC/PAA-membrano estas pli alta ol tiu de la HEC/PAA-membrano. En sensal-solvaĵo, la kritikaj pH-valoroj de la kompleksoj formitaj de HEC/PAA, MC/PAA kaj HPC/PAA estis ĉirkaŭ 2.9, 3.2 kaj 3.7, respektive. La kritika pH de HPC/PAA estas pli alta ol tiu de HEC/PAA, kio kongruas kun tiu de LBL-membrano.
Akvo-absorba agado de CE/PAA-membrano:
CES estas riĉa je hidroksilaj grupoj, do ĝi havas bonan akvoabsorbon kaj akvoretenon. Prenante HEC/PAA-membranon kiel ekzemplon, la adsorba kapacito de hidrogen-ligigita CE/PAA-membrano al akvo en la ĉirkaŭaĵo estis studita. Karakterizita per spektra interferometrio, la filmdikeco pliiĝas dum la filmo absorbas akvon. Ĝi estis metita en medion kun alĝustigebla humideco je 25 °C dum 24 horoj por atingi akvoabsorban ekvilibron. La filmoj estis sekigitaj en vakua forno (40 °C) dum 24 horoj por tute forigi la humidon.
Dum la humideco pliiĝas, la filmo dikiĝas. En la malalta humideca areo de 30%-50%, la dikecokresko estas relative malrapida. Kiam la humideco superas 50%, la dikeco kreskas rapide. Kompare kun la hidrogen-ligita PVPON/PAA membrano, la HEC/PAA membrano povas absorbi pli da akvo el la ĉirkaŭaĵo. Sub relativa humideco de 70% (25°C), la dikiĝointervalo de PVPON/PAA filmo estas ĉirkaŭ 4%, dum tiu de HEC/PAA filmo estas ĉirkaŭ 18%. La rezultoj montris, ke kvankam certa kvanto da OH-grupoj en la HEC/PAA sistemo partoprenis en la formado de hidrogenaj ligoj, ankoraŭ ekzistis konsiderinda nombro da OH-grupoj interagantaj kun akvo en la ĉirkaŭaĵo. Tial, la HEC/PAA sistemo havas bonajn akvo-absorbajn ecojn.
konklude
(1) La sistemo HPC/PAA kun la plej alta hidrogena liggrado de CE kaj PAA havas la plej rapidan kreskon inter ili, MC/PAA estas en la mezo, kaj HEC/PAA estas la plej malalta.
(2) La HEC/PAA-filmo montris linian kreskoreĝimon dum la tuta preparprocezo, dum la aliaj du filmoj MC/PAA kaj HPC/PAA montris eksponentan kreskon en la unuaj kelkaj cikloj, kaj poste transformiĝis al linia kreskoreĝimo.
(3) La kresko de CE/PAA-filmo forte dependas de la pH de la solvaĵo. Kiam la pH de la solvaĵo estas pli alta ol ĝia kritika punkto, PAA kaj CE ne povas kuniĝi en filmon. La kunmetita CE/PAA-membrano estis solvebla en altpH-solvaĵoj.
(4) Ĉar la CE/PAA-filmo estas riĉa je OH kaj COOH, varmotraktado igas ĝin krucligita. La krucligita CE/PAA-membrano havas bonan stabilecon kaj estas nesolvebla en alt-pH-solvaĵoj.
(5) La CE/PAA-filmo havas bonan adsorban kapaciton por akvo en la ĉirkaŭaĵo.
Afiŝtempo: 18-a de februaro 2023