Kontèks Rechèch
Kòm yon resous natirèl, abondan e renouvlab, seluloz rankontre gwo defi nan aplikasyon pratik akòz pwopriyete ki pa fonn ak solubilite limite li yo. Kristalinite segondè ak lyezon idwojèn dansite segondè nan estrikti seluloz la fè li degrade men pa fonn pandan pwosesis posesyon an, epi ensolub nan dlo ak pifò solvan òganik. Derive yo pwodui pa esterifikasyon ak eterifikasyon gwoup idroksil yo sou inite anidwoglikoz yo nan chèn polimè a, epi yo pral montre kèk pwopriyete diferan konpare ak seluloz natirèl. Reyaksyon eterifikasyon seluloz la ka jenere anpil etè seluloz idrosolubl, tankou metil seluloz (MC), idroksietil seluloz (HEC) ak idroksipropil seluloz (HPC), ki lajman itilize nan manje, pwodui kosmetik, nan famasi ak medikaman. CE idrosolubl ka fòme polymè ki gen lyezon idwojèn ak asid polikarboksilik ak polifenol.
Asanblaj kouch pa kouch (LBL) se yon metòd efikas pou prepare fim mens konpoze polimè. Sa ki annapre a dekri sitou asanblaj LBL twa diferan CE HEC, MC ak HPC ak PAA, konpare konpòtman asanblaj yo, epi analize enfliyans sibstityan yo sou asanblaj LBL. Envestige efè pH sou epesè fim nan, ak diferan diferans pH sou fòmasyon ak disolisyon fim nan, epi devlope pwopriyete absòpsyon dlo CE/PAA yo.
Materyèl Eksperimantal:
Asid poliakrilik (PAA, Mw = 450,000). Viskozite solisyon akeuz 2% wt. nan idroksietilselulòz (HEC) se 300 mPa·s, epi degre sibstitisyon an se 2.5. Metilselulòz (MC, yon solisyon akeuz 2% wt. ak yon viskozite 400 mPa·s ak yon degre sibstitisyon 1.8). Idroksipropilselulòz (HPC, yon solisyon akeuz 2% wt. ak yon viskozite 400 mPa·s ak yon degre sibstitisyon 2.5).
Preparasyon fim:
Prepare pa asanblaj kouch kristal likid sou silikon a 25°C. Metòd tretman matris lam la se jan sa a: tranpe nan solisyon asid (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) pandan 30min, apresa rense ak dlo deyonize plizyè fwa jiskaske pH la vin net, epi finalman seche ak nitwojèn pi. Asanblaj LBL la fèt lè l sèvi avèk machin otomatik. Substra a te tranpe altènativman nan solisyon CE (0.2 mg/mL) ak solisyon PAA (0.2 mg/mL), chak solisyon te tranpe pandan 4 min. Twa tranpe rense 1 minit chak nan dlo deyonize te fèt ant chak tranpe solisyon pou retire polymère ki lach la. Valè pH solisyon asanblaj la ak solisyon rense a te ajiste a pH 2.0. Fim yo prepare yo make kòm (CE/PAA)n, kote n vle di sik asanblaj la. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 ak (HPC/PAA)30 te prepare prensipalman.
Karakterizasyon fim:
Yo te anrejistre epi analize espèk reflektans prèske nòmal yo avèk NanoCalc-XR Ocean Optics, epi yo te mezire epesè fim yo depoze sou silikon an. Avèk yon substrat silikon vid kòm background nan, yo te kolekte espèk FT-IR fim mens ki sou substrat silikon an sou yon espektwomèt enfrawouj Nicolet 8700.
Entèraksyon lyezon idwojèn ant PAA ak CE yo:
Asanblaj HEC, MC ak HPC avèk PAA nan fim LBL. Espèk enfrawouj HEC/PAA, MC/PAA ak HPC/PAA yo montre nan figi a. Siyal IR fò PAA ak CES yo ka obsève klèman nan espèk IR HEC/PAA, MC/PAA ak HPC/PAA. Espèktroskopi FT-IR ka analize konplèksasyon lyezon idwojèn ant PAA ak CES lè li kontwole deplasman bann absòpsyon karakteristik yo. Lyezon idwojèn ant CES ak PAA fèt sitou ant oksijèn idroksil CES la ak gwoup COOH PAA a. Apre lyezon idwojèn lan fin fòme, pik wouj elongasyon an deplase nan direksyon ba frekans lan.
Yo te obsève yon pik 1710 cm-1 pou poud PAA pi. Lè yo te rasanble poliakrilamid nan fim ak diferan CE, pik fim HEC/PAA, MC/PAA ak MPC/PAA yo te sitiye nan 1718 cm-1, 1720 cm-1 ak 1724 cm-1, respektivman. Konpare ak poud PAA pi, longè pik fim HPC/PAA, MC/PAA ak HEC/PAA yo te deplase pa 14, 10 ak 8 cm−1, respektivman. Lyezon idwojèn ant oksijèn etè a ak COOH entèwonp lyezon idwojèn ant gwoup COOH yo. Plis lyezon idwojèn fòme ant PAA ak CE, se plis deplasman pik CE/PAA a nan spectre IR yo. HPC gen pi gwo degre konplèksasyon lyezon idwojèn, PAA ak MC yo nan mitan an, epi HEC se pi ba a.
Konpòtman kwasans fim konpoze PAA ak CE yo:
Yo te envestige konpòtman fòmasyon fim PAA ak CE yo pandan asanblaj LBL la lè l sèvi avèk QCM ak entèferometri espektral. QCM efikas pou siveye kwasans fim nan in situ pandan premye sik asanblaj yo. Entèferomèt espektral yo apwopriye pou fim ki grandi sou 10 sik.
Fim HEC/PAA a te montre yon kwasans lineyè pandan tout pwosesis asanblaj LBL la, alòske fim MC/PAA ak HPC/PAA yo te montre yon kwasans eksponansyèl nan premye etap asanblaj la epi answit transfòme an yon kwasans lineyè. Nan rejyon kwasans lineyè a, plis degre konplèksasyon an wo, se plis kwasans epesè a wo pou chak sik asanblaj.
Efè pH solisyon an sou kwasans fim nan:
Valè pH solisyon an afekte kwasans fim konpoze polymère ki gen lyezon idwojèn nan. Kòm yon polielektwolit fèb, PAA pral iyonize epi chaje negatif pandan pH solisyon an ap ogmante, kidonk li pral anpeche asosyasyon lyezon idwojèn. Lè degre iyonizasyon PAA a rive nan yon sèten nivo, PAA pa t ka rasanble nan yon fim ak akseptè lyezon idwojèn nan LBL.
Epesè fim nan te diminye lè pH solisyon an te ogmante, epi epesè fim nan te diminye sibitman nan pH2.5 HPC/PAA ak pH3.0-3.5 HPC/PAA. Pwen kritik HPC/PAA a se anviwon pH 3.5, alòske pH HEC/PAA a se anviwon 3.0. Sa vle di ke lè pH solisyon asanblaj la pi wo pase 3.5, fim HPC/PAA a pa ka fòme, epi lè pH solisyon an pi wo pase 3.0, fim HEC/PAA a pa ka fòme. Akòz pi gwo degre konplèksasyon lyezon idwojèn nan manbràn HPC/PAA a, valè pH kritik manbràn HPC/PAA a pi wo pase sa manbràn HEC/PAA a. Nan solisyon san sèl, valè pH kritik konplèks ki fòme pa HEC/PAA, MC/PAA ak HPC/PAA yo te anviwon 2.9, 3.2 ak 3.7, respektivman. pH kritik HPC/PAA a pi wo pase pH HEC/PAA a, ki konsistan avèk pH manbràn LBL la.
Pèfòmans absòpsyon dlo nan manbràn CE/PAA a:
CES rich an gwoup idroksil, sa ki fè li absòbe dlo byen epi li kenbe dlo byen. Si nou pran manbràn HEC/PAA kòm egzanp, nou etidye kapasite adsorpsyon manbràn CE/PAA ki gen lyezon idwojèn sou dlo nan anviwònman an. Karakterize pa entèferometri espektral, epesè fim nan ogmante pandan fim nan absòbe dlo. Nou mete l nan yon anviwònman ki gen imidite reglabl a 25°C pandan 24 èdtan pou nou rive nan yon ekilib absòpsyon dlo. Nou seche fim yo nan yon fou vakyòm (40°C) pandan 24 èdtan pou retire imidite a nèt.
Tank imidite a ogmante, fim nan vin pi epè. Nan zòn ki gen yon imidite ki ba, ant 30% ak 50%, epesè a grandi relativman dousman. Lè imidite a depase 50%, epesè a ogmante rapidman. Konpare ak manbràn PVPON/PAA ki gen lyezon idwojèn, manbràn HEC/PAA a ka absòbe plis dlo nan anviwònman an. Nan yon imidite relatif 70% (25°C), epesè fim PVPON/PAA a se anviwon 4%, alòske epesè fim HEC/PAA a rive anviwon 18%. Rezilta yo montre ke byenke yon sèten kantite gwoup OH nan sistèm HEC/PAA a te patisipe nan fòmasyon lyezon idwojèn yo, te toujou gen yon kantite konsiderab gwoup OH ki kominike avèk dlo nan anviwònman an. Se poutèt sa, sistèm HEC/PAA a gen bon pwopriyete absòpsyon dlo.
an konklizyon
(1) Sistèm HPC/PAA ki gen pi gwo degre lyezon idwojèn CE ak PAA a gen kwasans ki pi rapid pami yo, MC/PAA a nan mitan, epi HEC/PAA a se sa ki gen pi ba a.
(2) Fim HEC/PAA a te montre yon mòd kwasans lineyè pandan tout pwosesis preparasyon an, alòske de lòt fim MC/PAA ak HPC/PAA yo te montre yon kwasans eksponansyèl nan premye sik yo, epi answit yo te transfòme an yon mòd kwasans lineyè.
(3) Kwasans fim CE/PAA a depann anpil de pH solisyon an. Lè pH solisyon an pi wo pase pwen kritik li, PAA ak CE pa ka rasanble pou fòme yon fim. Manbràn CE/PAA ki te rasanble a te idrosolubl nan solisyon ak pH ki wo.
(4) Piske fim CE/PAA a rich an OH ak COOH, tretman chalè a fè li vin lyezon kwaze. Manbràn CE/PAA ki lyezon kwaze a gen bon estabilite epi li pa fonn nan solisyon pH ki wo.
(5) Fim CE/PAA a gen bon kapasite pou absòbe dlo nan anviwònman an.
Dat piblikasyon: 18 Fevriye 2023