Undersyksachtergrûn
As in natuerlike, oerfloedige en duorsume boarne, komt cellulose foar grutte útdagings yn praktyske tapassingen fanwegen syn net-smeltende en beheinde oplosberens. De hege kristalliniteit en hege tichtheid wetterstofbiningen yn 'e cellulosestruktuer meitsje dat it degradearret, mar net smelt tidens it besittingsproses, en ûnoplosber is yn wetter en de measte organyske oplosmiddels. Harren derivaten wurde produsearre troch de ferestering en ferethering fan 'e hydroxylgroepen op' e anhydroglucose-ienheden yn 'e polymeerketen, en sille wat oare eigenskippen sjen litte yn ferliking mei natuerlike cellulose. De feretheringsreaksje fan cellulose kin in protte wetteroplosbere cellulose-ethers generearje, lykas methylcellulose (MC), hydroxyethylcellulose (HEC) en hydroxypropylcellulose (HPC), dy't in soad brûkt wurde yn iten, kosmetika, farmaseutika en medisinen. Wetteroplosbere CE kin wetterstofbûne polymearen foarmje mei polykarboksylsoeren en polyfenolen.
Laach-foar-laach gearstalling (LBL) is in effektive metoade foar it tarieden fan tinne polymeerkompositfilms. It folgjende beskriuwt benammen de LBL-gearstalling fan trije ferskillende CE's fan HEC, MC en HPC mei PAA, fergeliket har gearstallingsgedrach, en analysearret de ynfloed fan substituenten op LBL-gearstalling. Undersykje it effekt fan pH op filmdikte, en de ferskate ferskillen fan pH op filmfoarming en oplossing, en ûntwikkelje de wetterabsorpsje-eigenskippen fan CE/PAA.
Eksperimintele materialen:
Polyacrylsoer (PAA, Mw = 450.000). De viskositeit fan in 2 gew.% wetterige oplossing fan hydroxyethylcellulose (HEC) is 300 mPa·s, en de substituasjegraad is 2,5. Methylcellulose (MC, in 2 gew.% wetterige oplossing mei in viskositeit fan 400 mPa·s en in substituasjegraad fan 1,8). Hydroxypropylcellulose (HPC, in 2 gew.% wetterige oplossing mei in viskositeit fan 400 mPa·s en in substituasjegraad fan 2,5).
Filmtarieding:
Tariede troch floeibere kristallaachassemblage op silisium by 25 °C. De behannelingmetoade fan 'e slidematrix is as folget: wekje yn soere oplossing (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) foar 30 minuten, dan spielje mei deionisearre wetter ferskate kearen oant de pH neutraal wurdt, en úteinlik droegje mei suvere stikstof. LBL-assemblage wurdt útfierd mei automatyske masines. It substraat waard ôfwikseljend wekke yn CE-oplossing (0,2 mg/mL) en PAA-oplossing (0,2 mg/mL), elke oplossing waard 4 minuten wekke. Trije spielwekken fan 1 minút elk yn deionisearre wetter waarden útfierd tusken elke oplossingsweak om los oanhingjend polymeer te ferwiderjen. De pH-wearden fan 'e gearstallingsoplossing en de spieloplossing waarden beide oanpast oan pH 2,0. De sa-tariede films wurde oantsjutten as (CE/PAA)n, wêrby't n de gearstallingssyklus oantsjut. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 en (HPC/PAA)30 waarden benammen taret.
Filmkarakterisaasje:
Near-normale reflektânsjespektra waarden opnommen en analysearre mei NanoCalc-XR Ocean Optics, en de dikte fan films dy't op silisium ôfset wiene, waard metten. Mei in leech silisiumsubstraat as eftergrûn waard it FT-IR-spektrum fan 'e tinne film op it silisiumsubstraat sammele op in Nicolet 8700 ynfrareadspektrometer.
Ynteraksjes mei wetterstofbiningen tusken PAA en CE's:
Gearstalling fan HEC, MC en HPC mei PAA yn LBL-films. De ynfrareadspektra fan HEC/PAA, MC/PAA en HPC/PAA wurde werjûn yn 'e figuer. De sterke IR-sinjalen fan PAA en CES kinne dúdlik waarnommen wurde yn 'e IR-spektra fan HEC/PAA, MC/PAA en HPC/PAA. FT-IR-spektroskopie kin de wetterstofbiningkompleksaasje tusken PAA en CES analysearje troch de ferskowing fan karakteristike absorpsjebannen te kontrolearjen. De wetterstofbining tusken CES en PAA komt benammen foar tusken de hydroksylsoerstof fan CES en de COOH-groep fan PAA. Nei't de wetterstofbining foarme is, ferskowt de strekkingspiekread nei de lege frekwinsjerjochting.
In pyk fan 1710 cm-1 waard waarnommen foar suver PAA-poeier. Doe't polyacrylamide gearstald waard ta films mei ferskillende CE's, leine de pyken fan HEC/PAA-, MC/PAA- en MPC/PAA-films op respektivelik 1718 cm-1, 1720 cm-1 en 1724 cm-1. Yn ferliking mei suver PAA-poeier ferskowen de pyklingten fan HPC/PAA-, MC/PAA- en HEC/PAA-films mei respektivelik 14, 10 en 8 cm-1. De wetterstofbining tusken de etersoerstof en COOH ûnderbrekt de wetterstofbining tusken de COOH-groepen. Hoe mear wetterstofbiningen foarme wurde tusken PAA en CE, hoe grutter de pykferskowing fan CE/PAA yn IR-spektra. HPC hat de heechste mjitte fan wetterstofbiningskompleksaasje, PAA en MC sitte yn 'e midden, en HEC is it leechst.
Groeigedrach fan gearstalde films fan PAA en CE's:
It filmfoarmingsgedrach fan PAA en CE's tidens LBL-assemblage waard ûndersocht mei QCM en spektrale ynterferometry. QCM is effektyf foar it kontrolearjen fan filmgroei in situ tidens de earste pear gearstallingssyklusen. Spektrale ynterferometers binne geskikt foar films dy't oer 10 syklusen groeid binne.
De HEC/PAA-film liet in lineêre groei sjen yn it heule LBL-assemblageproses, wylst de MC/PAA- en HPC/PAA-films in eksponentiële groei lieten sjen yn 'e iere stadia fan 'e assemblage en doe transformearren yn in lineêre groei. Yn it lineêre groeigebiet, hoe heger de graad fan kompleksering, hoe grutter de diktegroei per assemblagesyklus.
Effekt fan oplossing pH op filmgroei:
De pH-wearde fan 'e oplossing beynfloedet de groei fan 'e wetterstofbûne polymeerkompositfilm. As in swakke polyelektrolyt sil PAA ionisearre en negatyf laden wurde as de pH fan 'e oplossing tanimt, wêrtroch't de assosjaasje fan wetterstofbiningen wurdt remd. As de ionisaasjegraad fan PAA in bepaald nivo berikte, koe PAA net gearstalle wurde ta in film mei wetterstofbiningakseptoren yn LBL.
De filmdikte naam ôf mei de tanimming fan 'e pH fan' e oplossing, en de filmdikte naam ynienen ôf by pH2.5 HPC/PAA en pH3.0-3.5 HPC/PAA. It krityske punt fan HPC/PAA is sawat pH 3.5, wylst dat fan HEC/PAA sawat 3.0 is. Dit betsjut dat as de pH fan 'e gearstallingsoplossing heger is as 3.5, de HPC/PAA-film net foarme wurde kin, en as de pH fan 'e oplossing heger is as 3.0, de HEC/PAA-film net foarme wurde kin. Fanwegen de hegere mjitte fan wetterstofbiningskompleksaasje fan it HPC/PAA-membraan is de krityske pH-wearde fan it HPC/PAA-membraan heger as dy fan it HEC/PAA-membraan. Yn in sâltfrije oplossing wiene de krityske pH-wearden fan 'e kompleksen foarme troch HEC/PAA, MC/PAA en HPC/PAA respektivelik sawat 2.9, 3.2 en 3.7. De krityske pH fan HPC/PAA is heger as dy fan HEC/PAA, wat oerienkomt mei dy fan it LBL-membraan.
Wetterabsorpsjeprestaasjes fan CE/PAA-membraan:
CES is ryk oan hydroxylgroepen, sadat it in goede wetteropname en wetterbehâld hat. Mei it HEC/PAA-membraan as foarbyld waard de adsorpsjekapasiteit fan in wetterstofbûne CE/PAA-membraan oan wetter yn 'e omjouwing bestudearre. Karakterisearre troch spektrale ynterferometry nimt de filmdikte ta as de film wetter absorbearret. It waard 24 oeren yn in omjouwing mei ferstelbere fochtigens by 25 °C pleatst om in lykwichtich wetteropname te berikken. De films waarden 24 oeren yn in fakuümoven (40 °C) droege om it focht folslein te ferwiderjen.
As de fochtigens tanimt, wurdt de film dikker. Yn it gebiet mei lege fochtigens fan 30%-50% is de diktegroei relatyf stadich. As de fochtigens mear as 50% is, groeit de dikte rap. Yn ferliking mei it wetterstofbûne PVPON/PAA-membraan kin it HEC/PAA-membraan mear wetter út 'e omjouwing opnimme. Under in relative fochtigens fan 70% (25 °C) is it verdikkingsberik fan 'e PVPON/PAA-film sawat 4%, wylst dat fan 'e HEC/PAA-film sa'n 18% is. De resultaten lieten sjen dat hoewol in bepaald oantal OH-groepen yn it HEC/PAA-systeem meidie oan 'e foarming fan wetterstofbiningen, der noch in flink oantal OH-groepen wiene dy't ynteraksje hiene mei wetter yn 'e omjouwing. Dêrom hat it HEC/PAA-systeem goede wetterabsorpsje-eigenskippen.
ta beslút
(1) It HPC/PAA-systeem mei de heechste wetterstofbiningsgraad fan CE en PAA hat de rapste groei ûnder harren, MC/PAA sit yn 'e midden, en HEC/PAA is de leechste.
(2) De HEC/PAA-film liet in lineêre groeimodus sjen yn it heule tariedingsproses, wylst de oare twa films MC/PAA en HPC/PAA in eksponentiële groei lieten sjen yn 'e earste pear syklusen, en doe transformearren yn in lineêre groeimodus.
(3) De groei fan CE/PAA-film is sterk ôfhinklik fan 'e pH fan' e oplossing. As de pH fan 'e oplossing heger is as it krityske punt, kinne PAA en CE net gearstalle wurde ta in film. It gearstalde CE/PAA-membraan wie oplosber yn oplossingen mei hege pH.
(4) Omdat de CE/PAA-film ryk is oan OH en COOH, makket waarmtebehanneling it crosslinked. It crosslinked CE/PAA-membraan hat goede stabiliteit en is ûnoplosber yn oplossingen mei hege pH.
(5) De CE/PAA-film hat in goede adsorpsjekapasiteit foar wetter yn 'e omjouwing.
Pleatsingstiid: 18 febrewaris 2023