Изилдөөнүн тарыхы
Табигый, мол жана кайра жаралуучу ресурс катары целлюлоза эрибеген жана чектелген эрүүчү касиеттеринен улам практикалык колдонууда чоң кыйынчылыктарга туш болот. Целлюлозанын түзүлүшүндөгү жогорку кристаллдуулук жана жогорку тыгыздыктагы суутек байланыштары аны майдалантат, бирок ээлик кылуу процессинде эрибейт жана сууда жана көпчүлүк органикалык эриткичтерде эрибейт. Алардын туундулары полимер чынжырындагы ангидраглюкоза бирдиктериндеги гидроксил топторунун этерификациясы жана этерификациясы аркылуу пайда болот жана табигый целлюлозага салыштырмалуу кээ бир башка касиеттерди көрсөтөт. Целлюлозанын этерификация реакциясы метилцеллюлоза (MC), гидроксиэтилцеллюлоза (HEC) жана гидроксипропилцеллюлоза (HPC) сыяктуу көптөгөн сууда эрүүчү целлюлоза эфирлерин пайда кыла алат, алар тамак-ашта, косметикада, фармацевтикада жана медицинада кеңири колдонулат. Сууда эрүүчү CE поликарбон кислоталары жана полифенолдор менен суутек байланышы бар полимерлерди түзө алат.
Катмар-катмар чогултуу (LBL) полимердик композиттик жука пленкаларды даярдоонун натыйжалуу ыкмасы болуп саналат. Төмөндө негизинен HEC, MC жана HPC үч башка CEнин PAA менен LBL чогултуусу сүрөттөлөт, алардын чогултуу жүрүм-туруму салыштырылат жана LBL чогултуусуна орун басарлардын таасири талданат. Плёнканын калыңдыгына рН таасирин жана пленканын пайда болушуна жана эришине рНнын ар кандай айырмачылыктарын изилдеп, CE/PAAнын сууну сиңирүү касиеттерин иштеп чыгыңыз.
Эксперименталдык материалдар:
Полиакрил кислотасы (PAA, Mw = 450 000). Гидроксиэтилцеллюлозанын (HEC) 2 салмактык% суу эритмесинин илешкектиги 300 мПа·с, ал эми орун басарлык даражасы 2,5. Метилцеллюлоза (MC, 2 салмактык% суу эритмеси, илешкектиги 400 мПа·с жана орун басарлык даражасы 1,8). Гидроксипропилцеллюлоза (HPC, 2 салмактык% суу эритмеси, илешкектиги 400 мПа·с жана орун басарлык даражасы 2,5).
Кинотасманы даярдоо:
25°C температурада кремнийдин үстүндөгү суюк кристалл катмарын чогултуу жолу менен даярдалат. Слайд матрицасын иштетүү ыкмасы төмөнкүдөй: кислоталуу эритмеде (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 мүнөт чылап, андан кийин рН нейтралдуу болгонго чейин бир нече жолу деионизацияланган суу менен чайкап, акырында таза азот менен кургатыңыз. LBL чогултуу автоматтык машиналардын жардамы менен жүргүзүлөт. Субстрат кезектешип CE эритмесине (0,2 мг/мл) жана PAA эритмесине (0,2 мг/мл) чыланып, ар бир эритме 4 мүнөт чыланган. Бош жабышкан полимерди алып салуу үчүн ар бир эритмени чылоо ортосунда деионизацияланган сууда 1 мүнөттөн үч жолу чайкоо жүргүзүлдү. Чогултуу эритмесинин жана чайкоо эритмесинин рН маанилери рН 2,0го туураланган. Даярдалган пленкалар (CE/PAA)n деп белгиленет, мында n чогултуу циклин билдирет. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 жана (HPC/PAA)30 негизинен даярдалган.
Кинонун мүнөздөмөсү:
НаноКалк-ХР Оушен Оптикасы менен дээрлик нормалдуу чагылдыруу спектрлери жазылып, талданган, ошондой эле кремнийге чөктүрүлгөн пленкалардын калыңдыгы өлчөнгөн. Бош кремний субстраты фон катары алынып, кремний субстратындагы жука пленканын FT-IR спектри Nicolet 8700 инфракызыл спектрометринде чогултулган.
PAA жана CE ортосундагы суутек байланыштарынын өз ара аракеттенүүсү:
HEC, MC жана HPCди PAA менен LBL пленкаларына чогултуу. HEC/PAA, MC/PAA жана HPC/PAA инфракызыл спектрлери сүрөттө көрсөтүлгөн. PAA жана CESтин күчтүү ИК сигналдарын HEC/PAA, MC/PAA жана HPC/PAA инфракызыл спектрлеринен даана байкоого болот. FT-IR спектроскопиясы мүнөздүү сиңирүү тилкелеринин жылышуусун көзөмөлдөө менен PAA жана CES ортосундагы суутек байланышынын комплекстешүүсүн талдай алат. CES менен PAA ортосундагы суутек байланышы негизинен CESтин гидроксил кычкылы менен PAAнын COOH тобунун ортосунда пайда болот. Суутек байланышы түзүлгөндөн кийин, созулган кызыл чоку төмөнкү жыштыктагы багытка жылышат.
Таза PAA порошогу үчүн 1710 см-1 чоку байкалган. Полиакриламид ар кандай CE менен пленкаларга чогултулганда, HEC/PAA, MC/PAA жана MPC/PAA пленкаларынын чокулары тиешелүүлүгүнө жараша 1718 см-1, 1720 см-1 жана 1724 см-1де жайгашкан. Таза PAA порошогу менен салыштырганда, HPC/PAA, MC/PAA жана HEC/PAA пленкаларынын чоку узундуктары тиешелүүлүгүнө жараша 14, 10 жана 8 см−1ге жылышкан. Эфир кычкылы менен COOH ортосундагы суутек байланышы COOH топторунун ортосундагы суутек байланышын үзөт. PAA менен CE ортосунда канчалык көп суутек байланыштары пайда болсо, ИК спектрлеринде CE/PAA чокуларынын жылышы ошончолук чоң болот. HPCде суутек байланышынын комплекстешүүсүнүн эң жогорку даражасы бар, PAA жана MC ортосунда, ал эми HEC эң төмөнкүсү.
PAA жана CE композиттик пленкаларынын өсүү жүрүм-туруму:
LBL чогултуу учурунда PAA жана CEлердин пленка түзүү жүрүм-туруму QCM жана спектрдик интерферометрияны колдонуу менен изилденген. QCM алгачкы бир нече чогултуу циклдеринде пленканын өсүшүн in situ көзөмөлдөө үчүн натыйжалуу. Спектрдик интерферометрлер 10 циклден ашык өстүрүлгөн пленкалар үчүн ылайыктуу.
HEC/PAA пленкасы LBL чогултуу процессинде сызыктуу өсүштү көрсөтсө, MC/PAA жана HPC/PAA пленкалары чогултуунун алгачкы этаптарында экспоненциалдуу өсүштү көрсөтүп, андан кийин сызыктуу өсүшкө айланган. Сызыктуу өсүү аймагында комплекстештирүү даражасы канчалык жогору болсо, чогултуу цикли боюнча калыңдыктын өсүшү ошончолук жогору болот.
Эритменин рН деңгээлинин пленканын өсүшүнө тийгизген таасири:
Эритменин рН мааниси суутек менен байланышкан полимердик композиттик пленканын өсүшүнө таасир этет. Алсыз полиэлектролит катары, эритменин рН жогорулаган сайын ПАА иондолот жана терс заряддалат, ошону менен суутек байланышынын байланышы токтойт. ПААнын иондошуу даражасы белгилүү бир деңгээлге жеткенде, ПАА LBLдеги суутек байланышынын акцепторлору бар пленкага чогула алган жок.
Плёнканын калыңдыгы эритменин рН жогорулашы менен азайган, ал эми плёнканын калыңдыгы рН2,5 HPC/PAA жана рН3,0-3,5 HPC/PAA болгондо кескин төмөндөгөн. HPC/PAAнын критикалык чекити рН 3,5ке жакын, ал эми HEC/PAAныкы 3,0го жакын. Бул чогултуучу эритменин рН 3,5тен жогору болгондо, HPC/PAA пленкасы пайда болбойт, ал эми эритменин рН 3,0дон жогору болгондо, HEC/PAA пленкасы пайда болбойт дегенди билдирет. HPC/PAA мембранасынын суутек байланышынын комплекстешүүсүнүн жогорку даражасынан улам, HPC/PAA мембранасынын критикалык рН мааниси HEC/PAA мембранасынын критикалык рН маанисинен жогору. Тузсуз эритмеде HEC/PAA, MC/PAA жана HPC/PAA тарабынан түзүлгөн комплекстердин критикалык рН маанилери тиешелүүлүгүнө жараша 2,9, 3,2 жана 3,7 болгон. HPC/PAAнын критикалык рН мааниси HEC/PAAга караганда жогору, бул LBL мембранасынын рН маанисине дал келет.
CE/PAA мембранасынын сууну сиңирүү көрсөткүчү:
CES гидроксил топторуна бай, ошондуктан ал сууну жакшы сиңирип, сууну жакшы кармап турат. HEC/PAA мембранасын мисал катары алып, суутек менен байланышкан CE/PAA мембранасынын айлана-чөйрөдөгү сууга адсорбциялык жөндөмдүүлүгү изилденген. Спектрдик интерферометрия менен мүнөздөлгөн пленканын калыңдыгы пленка сууну сиңирген сайын жогорулайт. Сууну сиңирүү тең салмактуулугуна жетүү үчүн ал 24 саат бою 25°C температурада жөнгө салынуучу нымдуулуктагы чөйрөгө жайгаштырылган. Нымдуулукту толугу менен кетирүү үчүн пленкалар вакуумдук меште (40°C) 24 саат кургатылган.
Нымдуулук жогорулаган сайын пленка коюуланат. Нымдуулук төмөн 30%-50% аймагында калыңдыктын өсүшү салыштырмалуу жай жүрөт. Нымдуулук 50% ашканда калыңдык тез өсөт. Суутек менен байланышкан PVPON/PAA мембранасына салыштырмалуу HEC/PAA мембранасы айлана-чөйрөдөн көбүрөөк сууну сиңире алат. Салыштырмалуу нымдуулук 70% (25°C) шартында PVPON/PAA пленкасынын коюулануу диапазону болжол менен 4% түзөт, ал эми HEC/PAA пленкасынкы болжол менен 18% түзөт. Жыйынтыктар HEC/PAA системасындагы белгилүү бир сандагы OH топтору суутек байланыштарынын пайда болушуна катышканы менен, айлана-чөйрөдө суу менен өз ара аракеттенген OH топторунун саны дагы эле бир топ экенин көрсөттү. Ошондуктан, HEC/PAA системасы сууну жакшы сиңирүү касиеттерине ээ.
аягында
(1) CE жана PAA суутек байланыштарынын эң жогорку даражасына ээ болгон HPC/PAA системасы алардын арасында эң тез өсөт, MC/PAA ортодо, ал эми HEC/PAA эң төмөн.
(2) HEC/PAA пленкасы даярдоо процессинде сызыктуу өсүү режимин көрсөттү, ал эми башка эки пленка MC/PAA жана HPC/PAA алгачкы бир нече циклде экспоненциалдуу өсүштү көрсөттү, андан кийин сызыктуу өсүү режимине айланды.
(3) CE/PAA пленкасынын өсүшү эритменин рН деңгээлине күчтүү көз каранды. Эритменин рН деңгээли анын критикалык чекитинен жогору болгондо, PAA жана CE пленкага чогула алышпайт. Чогултулган CE/PAA мембранасы жогорку рН эритмелеринде эрийт.
(4) CE/PAA пленкасы OH жана COOHго бай болгондуктан, жылуулук менен иштетүү аны кайчылаш байланыштырат. Кайчылаш байланышкан CE/PAA мембранасы жакшы туруктуулукка ээ жана жогорку рН эритмелеринде эрибейт.
(5) CE/PAA пленкасы айлана-чөйрөдөгү сууну жакшы адсорбциялоо мүмкүнчүлүгүнө ээ.
Жарыяланган убактысы: 2023-жылдын 18-февралы