Rannsóknarbakgrunnur
Sem náttúruleg, gnæg og endurnýjanleg auðlind stendur sellulósi frammi fyrir miklum áskorunum í hagnýtum tilgangi vegna þess að hann bráðnar ekki og hefur takmarkaða leysni. Mikil kristöllun og mikil þéttleiki vetnistengis í sellulósabyggingu gerir það að verkum að hann brotnar niður en bráðnar ekki við myndun og er óleysanlegur í vatni og flestum lífrænum leysum. Afleiður þeirra eru framleiddar með esteringu og eteringu hýdroxýlhópanna á anhýdróglúkósaeiningunum í fjölliðukeðjunni og sýna nokkra aðra eiginleika samanborið við náttúrulegan sellulósa. Eterunarviðbrögð sellulósa geta myndað marga vatnsleysanlega sellulósaetera, svo sem metýlsellulósa (MC), hýdroxýetýlsellulósa (HEC) og hýdroxýprópýlsellulósa (HPC), sem eru mikið notaðir í matvælum, snyrtivörum, lyfjum og læknisfræði. Vatnsleysanlegt sellulósa getur myndað vetnistengd fjölliður með pólýkarboxýlsýrum og pólýfenólum.
Lag-fyrir-lag samsetning (LBL) er áhrifarík aðferð til að búa til þunnfilmur úr fjölliðasamsetningum. Eftirfarandi lýsir aðallega LBL samsetningu þriggja mismunandi CE af HEC, MC og HPC með PAA, ber saman samsetningarhegðun þeirra og greinir áhrif staðgengla á LBL samsetningu. Rannsakað er áhrif pH á þykkt filmu og mismunandi mismun á pH á myndun og upplausn filmu og þróað vatnsgleypni eiginleika CE/PAA.
Tilraunaefni:
Pólýakrýlsýra (PAA, Mw = 450.000). Seigja 2% vatnslausnar af hýdroxýetýlsellulósa (HEC) er 300 mPa·s og skiptingarstigið er 2,5. Metýlsellulósi (MC, 2% vatnslausn með seigju 400 mPa·s og skiptingarstig 1,8). Hýdroxýprópýlsellulósi (HPC, 2% vatnslausn með seigju 400 mPa·s og skiptingarstig 2,5).
Undirbúningur kvikmyndar:
Búið til með samsetningu fljótandi kristalslags á sílikoni við 25°C. Meðhöndlunaraðferð glærunnar er sem hér segir: lagið er í bleyti í súrri lausn (H2SO4/H2O2, 7/3 rúmmál/rúmmál) í 30 mínútur, síðan skolað með afjónuðu vatni nokkrum sinnum þar til pH-gildið verður hlutlaust og að lokum þurrkað með hreinu köfnunarefni. Samsetning LBL er framkvæmd með sjálfvirkum vélum. Undirlagið var til skiptis lagt í bleyti í CE-lausn (0,2 mg/ml) og PAA-lausn (0,2 mg/ml), hvor lausn var lögð í bleyti í 4 mínútur. Þrjár skolanir, 1 mínútu hvor í afjónuðu vatni, voru framkvæmdar á milli hverrar lausnar til að fjarlægja lauslega fest fjölliðu. pH-gildi samsetningarlausnarinnar og skollausnarinnar voru bæði stillt á pH 2,0. Filmurnar sem voru tilbúnar eru táknaðar sem (CE/PAA)n, þar sem n táknar samsetningarferlið. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 og (HPC/PAA)30 voru aðallega útbúnar.
Persónusköpun kvikmyndar:
Endurskinsróf með nærri eðlilegu gildi voru skráð og greind með NanoCalc-XR Ocean Optics og þykkt filmu sem lagðar voru á sílikon var mæld. Með autt sílikon undirlag sem bakgrunn var FT-IR litróf þunnfilmunnar á sílikon undirlaginu safnað á Nicolet 8700 innrauða litrófsmæli.
Vetnistengisvíxlverkun milli PAA og CE:
Samsetning HEC, MC og HPC með PAA í LBL filmur. Innrauða litróf HEC/PAA, MC/PAA og HPC/PAA eru sýnd á myndinni. Sterk innrauð merki PAA og CES sjást greinilega í innrauðu litrófunum HEC/PAA, MC/PAA og HPC/PAA. FT-IR litrófsgreining getur greint vetnistengisfléttur milli PAA og CES með því að fylgjast með færslu á einkennandi frásogsröndum. Vetnistengi milli CES og PAA á sér aðallega stað milli hýdroxýlsúrefnis CES og COOH hópsins í PAA. Eftir að vetnistengið myndast færist rauði liturinn í teygjutoppnum í lágtíðniátt.
Hámark 1710 cm⁻¹ sást fyrir hreint PAA duft. Þegar pólýakrýlamíð var sett saman í filmur með mismunandi CE, voru toppar HEC/PAA, MC/PAA og MPC/PAA filmanna staðsettir við 1718 cm⁻¹, 1720 cm⁻¹ og 1724 cm⁻¹, talið í sömu röð. Í samanburði við hreint PAA duft færðust topplengdir HPC/PAA, MC/PAA og HEC/PAA filmanna til um 14, 10 og 8 cm⁻¹, talið í sömu röð. Vetnistengið milli eter-súrefnisins og COOH rýfur vetnistengið milli COOH hópanna. Því fleiri vetnistengi sem myndast milli PAA og CE, því meiri er toppfærslan á CE/PAA í innrauðu litrófinu. HPC hefur hæsta stig vetnistengisfléttumyndunar, PAA og MC eru í miðjunni og HEC er lægst.
Vaxtarhegðun samsettra filma úr PAA og CE:
Filmumyndunarhegðun PAA og CE við samsetningu LBL var rannsökuð með QCM og litrófsvíxlmælingum. QCM er áhrifaríkt til að fylgjast með filmuvexti á staðnum á fyrstu samsetningarlotunum. Litrófsvíxlmælar henta fyrir filmur sem eru ræktaðar í 10 lotur.
HEC/PAA filman sýndi línulegan vöxt í gegnum allt LBL samsetningarferlið, en MC/PAA og HPC/PAA filmurnar sýndu veldisvöxt á fyrstu stigum samsetningar og breyttust síðan í línulegan vöxt. Í línulega vaxtarsvæðinu, því hærra sem flækjustigið var, því meiri var þykktarvöxturinn á hverri samsetningarlotu.
Áhrif sýrustigs lausnar á vöxt filmu:
PH-gildi lausnarinnar hefur áhrif á vöxt vetnisbundinnar fjölliðufilmu. Þar sem PAA er veikt fjölrafmagn, verður það jónað og neikvætt hlaðið þegar PH-gildi lausnarinnar hækkar, sem hindrar vetnistengistengingu. Þegar jónunarstig PAA nær ákveðnu stigi gat PAA ekki myndað filmu með vetnistengisviðtakendum í LBL.
Þykkt filmunnar minnkaði með hækkandi sýrustigi lausnarinnar og minnkaði hún skyndilega við sýrustig 2,5 fyrir HPC/PAA og sýrustig 3,0-3,5 fyrir HPC/PAA. Mikilvægur punktur fyrir HPC/PAA er um sýrustig 3,5 en fyrir HEC/PAA er um 3,0. Þetta þýðir að þegar sýrustig samsetningarlausnarinnar er hærra en 3,5 getur HPC/PAA filman ekki myndast og þegar sýrustig lausnarinnar er hærra en 3,0 getur HEC/PAA filman ekki myndast. Vegna hærri vetnistengisfléttumyndunar í HPC/PAA himnunni er mikilvægur sýrustig HPC/PAA himnunnar hærri en í HEC/PAA himnunni. Í saltlausri lausn voru mikilvægur sýrustig fléttanna sem mynduðust af HEC/PAA, MC/PAA og HPC/PAA um 2,9, 3,2 og 3,7, talið í sömu röð. Mikilvægt sýrustig HPC/PAA er hærra en HEC/PAA, sem er í samræmi við sýrustig LBL himnu.
Vatnsupptökuárangur CE/PAA himnu:
CES er ríkt af hýdroxýlhópum þannig að það hefur góða vatnsupptöku og vatnsheldni. Með því að taka HEC/PAA himnu sem dæmi var aðsogsgeta vetnisbundinnar CE/PAA himnu á vatn í umhverfinu rannsökuð. Með litrófsvíxlmælingum eykst filmuþykktin þegar filman gleypir vatn. Filman var sett í umhverfi með stillanlegu rakastigi við 25°C í 24 klukkustundir til að ná jafnvægi í vatnsupptöku. Filmurnar voru þurrkaðar í lofttæmisofni (40°C) í 24 klukkustundir til að fjarlægja rakann alveg.
Þegar rakastigið eykst þykknar filman. Á svæði með lágan rakastig, 30%-50%, er þykktarvöxturinn tiltölulega hægur. Þegar rakastigið fer yfir 50% eykst þykktin hratt. Í samanburði við vetnisbundna PVPON/PAA himnu getur HEC/PAA himnan tekið í sig meira vatn úr umhverfinu. Við 70% rakastig (25°C) er þykkingarbil PVPON/PAA filmunnar um 4%, en þykkingarbil HEC/PAA filmunnar er allt að 18%. Niðurstöðurnar sýndu að þó að ákveðið magn OH hópa í HEC/PAA kerfinu tæki þátt í myndun vetnistengja, þá var samt töluverður fjöldi OH hópa sem höfðu samskipti við vatn í umhverfinu. Þess vegna hefur HEC/PAA kerfið góða vatnsgleypni.
að lokum
(1) HPC/PAA kerfið með hæsta vetnistengistig CE og PAA hefur hraðasta vöxtinn af þeim, MC/PAA er í miðjunni og HEC/PAA er með lægsta.
(2) HEC/PAA filman sýndi línulegan vaxtarmáta í gegnum allt undirbúningsferlið, en hinar tvær filmurnar, MC/PAA og HPC/PAA, sýndu veldisvöxt í fyrstu lotunum og breyttust síðan í línulegan vaxtarmáta.
(3) Vöxtur CE/PAA himnu er mjög háður sýrustigi lausnarinnar. Þegar sýrustig lausnarinnar er hærra en viðkvæmt gildi hennar geta PAA og CE ekki myndað himnu. Samsetta CE/PAA himnan var leysanleg í lausnum með hátt sýrustig.
(4) Þar sem CE/PAA himnan er rík af OH og COOH, gerir hitameðferð hana þverbundna. Þverbundna CE/PAA himnan hefur góðan stöðugleika og er óleysanleg í lausnum með hátt pH.
(5) CE/PAA filman hefur góða aðsogsgetu fyrir vatn í umhverfinu.
Birtingartími: 18. febrúar 2023