Latar Belakang Riset
Minangka sumber daya alami, akeh, lan bisa dianyari, selulosa nemoni tantangan gedhe ing aplikasi praktis amarga sifat ora leleh lan kelarutan sing winates. Kristalinitas sing dhuwur lan ikatan hidrogen kapadhetan dhuwur ing struktur selulosa ndadekake selulosa rusak nanging ora leleh sajrone proses kepemilikan, lan ora larut ing banyu lan umume pelarut organik. Turunan kasebut diasilake dening esterifikasi lan eterifikasi gugus hidroksil ing unit anhidroglukosa ing rantai polimer, lan bakal nuduhake sawetara sifat sing beda dibandhingake karo selulosa alami. Reaksi eterifikasi selulosa bisa ngasilake akeh eter selulosa sing larut ing banyu, kayata metil selulosa (MC), hidroksietil selulosa (HEC) lan hidroksipropil selulosa (HPC), sing akeh digunakake ing panganan, kosmetik, farmasi lan obat-obatan. CE sing larut ing banyu bisa mbentuk polimer sing ikatan hidrogen karo asam polikarboksilat lan polifenol.
Perakitan lapis demi lapis (LBL) minangka metode sing efektif kanggo nyiyapake film tipis komposit polimer. Ing ngisor iki utamane njlentrehake perakitan LBL saka telung CE HEC, MC lan HPC sing beda karo PAA, mbandhingake prilaku perakitan, lan nganalisis pengaruh substituen ing perakitan LBL. Nyelidiki efek pH ing kekandelan film, lan bedane pH ing pembentukan lan pembubaran film, lan ngembangake sifat penyerapan banyu CE/PAA.
Materi Eksperimen:
Asam poliakrilat (PAA, Mw = 450.000). Viskositas larutan banyu 2wt.% saka hidroksietilselulosa (HEC) yaiku 300 mPa·s, lan derajat substitusi yaiku 2,5. Metilselulosa (MC, larutan banyu 2wt.% kanthi viskositas 400 mPa·s lan derajat substitusi 1,8). Hidroksipropil selulosa (HPC, larutan banyu 2wt.% kanthi viskositas 400 mPa·s lan derajat substitusi 2,5).
Persiapan film:
Disiapake kanthi perakitan lapisan kristal cair ing silikon ing suhu 25°C. Cara pangolahan matriks slide kaya ing ngisor iki: rendhem ing larutan asam (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) sajrone 30 menit, banjur bilas nganggo banyu deionisasi kaping pirang-pirang nganti pH dadi netral, lan pungkasane garing nganggo nitrogen murni. Perakitan LBL ditindakake nggunakake mesin otomatis. Substrat direndhem kanthi gantian ing larutan CE (0,2 mg/mL) lan larutan PAA (0,2 mg/mL), saben larutan direndhem sajrone 4 menit. Telung rendhem bilas sajrone 1 menit saben ing banyu deionisasi ditindakake ing antarane saben rendhem larutan kanggo mbusak polimer sing nempel longgar. Nilai pH larutan perakitan lan larutan pembilasan loro-lorone diatur dadi pH 2.0. Film sing wis disiapake dilambangake minangka (CE/PAA)n, ing ngendi n nuduhake siklus perakitan. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 lan (HPC/PAA)30 utamane disiapake.
Karakterisasi Film:
Spektrum reflektansi sing meh normal direkam lan dianalisis nganggo NanoCalc-XR Ocean Optics, lan kekandelan film sing diendapkan ing silikon diukur. Kanthi substrat silikon kosong minangka latar mburi, spektrum FT-IR saka film tipis ing substrat silikon dikumpulake ing spektrometer inframerah Nicolet 8700.
Interaksi ikatan hidrogen antarane PAA lan CE:
Perakitan HEC, MC lan HPC karo PAA dadi film LBL. Spektrum inframerah HEC/PAA, MC/PAA lan HPC/PAA dituduhake ing gambar. Sinyal IR sing kuwat saka PAA lan CES bisa diamati kanthi jelas ing spektrum IR HEC/PAA, MC/PAA lan HPC/PAA. Spektroskopi FT-IR bisa nganalisis kompleksasi ikatan hidrogen antarane PAA lan CES kanthi ngawasi owah-owahan pita serapan karakteristik. Ikatan hidrogen antarane CES lan PAA utamane kedadeyan antarane oksigen hidroksil CES lan gugus COOH saka PAA. Sawise ikatan hidrogen kawangun, puncak abang sing mulur pindhah menyang arah frekuensi rendah.
Puncak 1710 cm-1 diamati kanggo bubuk PAA murni. Nalika poliakrilamida dirakit dadi film kanthi CE sing beda-beda, puncak film HEC/PAA, MC/PAA lan MPC/PAA dumunung ing 1718 cm-1, 1720 cm-1 lan 1724 cm-1. Dibandhingake karo bubuk PAA murni, dawa puncak film HPC/PAA, MC/PAA lan HEC/PAA digeser 14, 10 lan 8 cm−1. Ikatan hidrogen antarane oksigen eter lan COOH ngganggu ikatan hidrogen antarane gugus COOH. Semakin akeh ikatan hidrogen sing kawangun antarane PAA lan CE, semakin gedhe pergeseran puncak CE/PAA ing spektrum IR. HPC nduweni tingkat kompleksasi ikatan hidrogen paling dhuwur, PAA lan MC ana ing tengah, lan HEC paling endhek.
Prilaku tuwuhing film komposit PAA lan CE:
Prilaku PAA lan CE nalika mbentuk film sajrone perakitan LBL diselidiki nggunakake QCM lan interferometri spektral. QCM efektif kanggo ngawasi pertumbuhan film in situ sajrone sawetara siklus perakitan pisanan. Interferometer spektral cocok kanggo film sing ditumbuhake luwih saka 10 siklus.
Film HEC/PAA nuduhake pertumbuhan linier sajrone proses perakitan LBL, dene film MC/PAA lan HPC/PAA nuduhake pertumbuhan eksponensial ing tahap awal perakitan lan banjur malih dadi pertumbuhan linier. Ing wilayah pertumbuhan linier, saya dhuwur tingkat kompleksasi, saya gedhe pertumbuhan kekandelan saben siklus perakitan.
Efek pH larutan marang pertumbuhan film:
Nilai pH larutan mengaruhi tuwuhing film komposit polimer sing kaiket hidrogen. Minangka polielektrolit sing ringkih, PAA bakal terionisasi lan bermuatan negatif nalika pH larutan mundhak, saengga ngalangi asosiasi ikatan hidrogen. Nalika tingkat ionisasi PAA tekan tingkat tartamtu, PAA ora bisa nglumpuk dadi film kanthi akseptor ikatan hidrogen ing LBL.
Kekandelan film mudhun nalika pH larutan mundhak, lan kekandelan film mudhun dadakan ing pH 2.5 HPC/PAA lan pH 3.0-3.5 HPC/PAA. Titik kritis HPC/PAA kira-kira pH 3.5, dene HEC/PAA kira-kira 3.0. Iki tegese nalika pH larutan perakitan luwih dhuwur tinimbang 3.5, film HPC/PAA ora bisa dibentuk, lan nalika pH larutan luwih dhuwur tinimbang 3.0, film HEC/PAA ora bisa dibentuk. Amarga tingkat kompleksasi ikatan hidrogen membran HPC/PAA sing luwih dhuwur, nilai pH kritis membran HPC/PAA luwih dhuwur tinimbang membran HEC/PAA. Ing larutan bebas uyah, nilai pH kritis kompleks sing dibentuk dening HEC/PAA, MC/PAA lan HPC/PAA yaiku kira-kira 2.9, 3.2 lan 3.7. pH kritis HPC/PAA luwih dhuwur tinimbang HEC/PAA, sing konsisten karo membran LBL.
Kinerja panyerepan banyu saka membran CE/PAA:
CES sugih gugus hidroksil saengga nduweni panyerepan banyu lan retensi banyu sing apik. Njupuk membran HEC/PAA minangka conto, kapasitas adsorpsi membran CE/PAA sing ikatan hidrogen karo banyu ing lingkungan ditliti. Ditandai kanthi interferometri spektral, kekandelan film mundhak nalika film nyerep banyu. Film kasebut diselehake ing lingkungan kanthi kelembapan sing bisa diatur ing suhu 25°C sajrone 24 jam kanggo entuk keseimbangan panyerepan banyu. Film kasebut dikeringake ing oven vakum (40°C) sajrone 24 jam kanggo mbusak kelembapan kanthi lengkap.
Nalika kelembapan mundhak, film kasebut bakal kenthel. Ing area kelembapan endhek 30%-50%, tuwuhing kekandelan relatif alon. Nalika kelembapan ngluwihi 50%, kekandelan bakal mundhak kanthi cepet. Dibandhingake karo membran PVPON/PAA sing kaiket hidrogen, membran HEC/PAA bisa nyerep luwih akeh banyu saka lingkungan. Ing kondisi kelembapan relatif 70% (25°C), kisaran penebalan film PVPON/PAA yaiku udakara 4%, dene film HEC/PAA dhuwure udakara 18%. Asil kasebut nuduhake yen sanajan sawetara gugus OH ing sistem HEC/PAA melu mbentuk ikatan hidrogen, isih ana akeh gugus OH sing berinteraksi karo banyu ing lingkungan. Mulane, sistem HEC/PAA nduweni sifat panyerepan banyu sing apik.
minangka kesimpulan
(1) Sistem HPC/PAA kanthi derajat ikatan hidrogen paling dhuwur yaiku CE lan PAA nduweni pertumbuhan paling cepet ing antarane, MC/PAA ana ing tengah, lan HEC/PAA paling endhek.
(2) Film HEC/PAA nuduhake mode pertumbuhan linier sajrone proses persiapan, dene rong film liyane MC/PAA lan HPC/PAA nuduhake pertumbuhan eksponensial ing sawetara siklus pisanan, banjur malih dadi mode pertumbuhan linier.
(3) Pertumbuhan film CE/PAA nduweni katergantungan sing kuwat marang pH larutan. Nalika pH larutan luwih dhuwur tinimbang titik kritis, PAA lan CE ora bisa dirakit dadi film. Membran CE/PAA sing dirakit bisa larut ing larutan pH sing dhuwur.
(4) Amarga film CE/PAA sugih OH lan COOH, perlakuan panas ndadekake ikatan silang. Membran CE/PAA sing ikatan silang nduweni stabilitas sing apik lan ora larut ing larutan pH sing dhuwur.
(5) Film CE/PAA nduweni kapasitas adsorpsi sing apik kanggo banyu ing lingkungan.
Wektu kiriman: 18 Februari 2023