Contextus Investigationis
Cellulosa, ut fons naturalis, abundans et renovabilis, magnis difficultatibus in applicationibus practicis ob proprietates suas non liquefacientes et solubilitatem limitatam occurrit. Alta crystallinitas et vincula hydrogenii alta densitatis in structura cellulosae efficiunt ut degradetur sed non liquefiat durante processu possessionis, et insolubilis sit in aqua et plerisque solventibus organicis. Derivata eorum producuntur per esterificationem et etherificationem gregum hydroxylorum in unitatibus anhydroglucosi in catena polymerica, et proprietates quasdam diversas exhibebunt comparata cum cellulosa naturali. Reactio etherificationis cellulosae multa aethera cellulosae solubilia in aqua generare potest, ut methylcellulosam (MC), hydroxyethylcellulosam (HEC) et hydroxypropylcellulosam (HPC), quae late in cibo, cosmeticis, pharmaceuticis et medicina adhibentur. CE solubilis in aqua polymera hydrogenio iuncta cum acidis polycarboxylicis et polyphenolis formare potest.
Stratis stratificatis congregatio (LBL) est methodus efficax ad tenues pelliculas polymericas compositas praeparandas. Sequentia praecipue describit congregationem LBL trium CE diversorum HEC, MC et HPC cum PAA, comparat eorum mores congregationis, et analyzat influxum substituentium in congregationem LBL. Investiga effectum pH in crassitudinem pelliculae, et diversas differentias pH in formatione et dissolutione pelliculae, et evolve proprietates absorptionis aquae CE/PAA.
Materiae Experimentales:
Acidum polyacrylicum (PAA, Mw = 450 000). Viscositas solutionis aquosae hydroxyethylcellulosae (HEC) 2% ponderis est 300 mPa·s, et gradus substitutionis est 2.5. Methylcellulosa (MC, solutio aquosa 2% ponderis cum viscositate 400 mPa·s et gradu substitutionis 1.8). Hydroxypropylcellulosa (HPC, solutio aquosa 2% ponderis cum viscositate 400 mPa·s et gradu substitutionis 2.5).
Praeparatio pelliculae:
Praeparatum per stratum crystalli liquidi in silicio ad 25°C congregandum. Modus tractationis matricis laminae est hic: maceratio in solutione acida (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) per 30 min, deinde aqua deionizata pluries abluatur donec pH neutrum fiat, et denique nitrogenio puro siccatur. Congregatio LBL machinis automaticis perficitur. Substratum alternatim in solutione CE (0.2 mg/mL) et solutione PAA (0.2 mg/mL) maceratum est, utraque solutio per 4 min macerata est. Tres macerationes ablutionis, singulae 1 min in aqua deionizata, inter singulas macerationes solutionis peractae sunt ad polymerum laxe adhaerens removendum. Valores pH solutionis congregationis et solutionis ablutionis ambae ad pH 2.0 adaptati sunt. Pelliculae sicut praeparatae (CE/PAA)n denotantur, ubi n cyclum congregationis significat. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 et (HPC/PAA)30 praecipue praeparatae sunt.
Descriptio Pelliculae:
Spectra reflectantiae prope normales notata et per NanoCalc-XR Ocean Optics analysata sunt, et crassitudo pellicularum in silicio depositarum mensurata est. Cum substratum silicii vacuum ut fundum, spectrum FT-IR pelliculae tenuis in substrato silicii in spectrometro infrarubro Nicolet 8700 collectum est.
Interactiones vinculorum hydrogenii inter PAA et CEs:
Compositio HEC, MC et HPC cum PAA in pelliculas LBL. Spectra infrarubra HEC/PAA, MC/PAA et HPC/PAA in figura monstrantur. Signa IR valida PAA et CES clare observari possunt in spectris IR HEC/PAA, MC/PAA et HPC/PAA. Spectroscopia FT-IR complexationem nexus hydrogenii inter PAA et CES per observationem mutationis zonarum absorptionis characteristicarum. Nexus hydrogenii inter CES et PAA praecipue fit inter oxygenium hydroxyle CES et gregem COOH PAA. Postquam nexus hydrogenii formatur, cacumen extensionis rubrum in directionem frequentiae humilis mutatur.
Cacumen 1710 cm⁻¹ in puro pulvere PAA observatum est. Cum polyacrylamidum in membranas cum diversis CEs congregatum est, cacumina membranarum HEC/PAA, MC/PAA et MPC/PAA ad 1718 cm⁻¹, 1720 cm⁻¹ et 1724 cm⁻¹ respective sita sunt. Comparatis cum puro pulvere PAA, longitudines cacuminum membranarum HPC/PAA, MC/PAA et HEC/PAA 14, 10 et 8 cm⁻¹ respective motae sunt. Vinculum hydrogenii inter aetherem oxygenium et COOH vinculum hydrogenii inter greges COOH interrumpit. Quo plura vincula hydrogenii inter PAA et CE formantur, eo maior mutatio cacuminis CE/PAA in spectris IR. HPC maximum gradum complexationis vinculi hydrogenii habet, PAA et MC in medio sunt, et HEC infimus est.
Modus accretionis pellicularum compositarum PAA et CE:
Modus formandi pelliculam PAA et CE durante congregatione LBL per QCM et interferometriam spectralem investigatus est. QCM efficax est ad monitorandum incrementum pelliculae in situ per primos aliquot cyclos congregationis. Interferometra spectralia apta sunt pelliculis per decem cyclos crescentibus.
Pellicula HEC/PAA incrementum lineare per totum processum compositionis LBL ostendit, dum pelliculae MC/PAA et HPC/PAA incrementum exponentiale in primis stadiis compositionis ostenderunt, deinde in incrementum lineare transformatae sunt. In regione incrementi linearis, quo altior gradus complexationis, eo maior incrementum crassitudinis per cyclum compositionis.
Effectus pH solutionis in incrementum pelliculae:
Valor pH solutionis incrementum pelliculae compositae polymericae vinculis hydrogenii iunctae afficit. Ut polyelectrolytum debile, PAA ionizatur et negative onerabitur cum pH solutionis augetur, ita associationem vinculorum hydrogenii inhibens. Cum gradus ionizationis PAA ad certum gradum pervenisset, PAA in pelliculam cum acceptoribus vinculorum hydrogenii in LBL congregari non potuit.
Crassitudo pelliculae cum incremento pH solutionis decrevit, et crassitudo pelliculae subito decrevit apud pH 2.5 HPC/PAA et pH 3.0-3.5 HPC/PAA. Punctum criticum HPC/PAA est circa pH 3.5, dum HEC/PAA est circa 3.0. Hoc significat cum pH solutionis congregationis altior est quam 3.5, pelliculam HPC/PAA formari non posse, et cum pH solutionis altior est quam 3.0, pelliculam HEC/PAA formari non posse. Propter maiorem gradum complexationis vinculi hydrogenii membranae HPC/PAA, valor pH criticus membranae HPC/PAA altior est quam is membranae HEC/PAA. In solutione sine sale, valores pH critici complexorum ab HEC/PAA, MC/PAA et HPC/PAA formatorum erant circa 2.9, 3.2 et 3.7 respective. pH criticum HPC/PAA altius est quam pH HEC/PAA, quod cum pH membranae LBL congruit.
Absorptio aquae membranae CE/PAA:
CES dives est gregibus hydroxylis, ita ut bonam absorptionem aquae et retinendam habeat. Exemplo membranae HEC/PAA adhibita, facultas adsorptionis membranae CE/PAA, iunctae hydrogenio, ad aquam in ambitu investigata est. Crassitudo pelliculae, interferometria spectrali notata, crescit dum pellicula aquam absorbet. In ambiente cum humiditate adaptabili ad 25°C per 24 horas collocata est ut aequilibrium absorptionis aquae obtineretur. Pelliculae in furno vacuo (40°C) per 24 horas siccatae sunt ut humiditas omnino removeretur.
Crescente humiditate, pellicula crassescit. In regione humiditatis humilis, inter 30% et 50%, crassitudo crescit relative tarde. Cum humiditas 50% excedit, crassitudo celeriter crescit. Comparata cum membrana PVPON/PAA hydrogenio coniuncta, membrana HEC/PAA plus aquae ex ambiente absorbere potest. Sub condicione humiditatis relativae 70% (25°C), crassitudo pelliculae PVPON/PAA circiter 4% est, dum pelliculae HEC/PAA usque ad circiter 18% attingit. Resultata demonstraverunt, quamquam certa quantitas gregum OH in systemate HEC/PAA in formatione vinculorum hydrogenii participavit, tamen numerum considerabilem gregum OH cum aqua in ambiente interagentium esse. Ergo, systema HEC/PAA bonas proprietates absorptionis aquae habet.
in conclusione
(1) Systema HPC/PAA cum maximo gradu nexus hydrogenii CE et PAA celerrime inter ea crescit, MC/PAA in medio est, et HEC/PAA infimum.
(2) Pellicula HEC/PAA modum accretionis linearis per totum processum praeparationis ostendit, dum aliae duae pelliculae MC/PAA et HPC/PAA incrementum exponentiale in primis paucis cyclis ostenderunt, deinde in modum accretionis linearis transformatae sunt.
(3) Incrementum pelliculae CE/PAA magnam dependentiam a pH solutionis habet. Cum pH solutionis altior est quam punctum criticum, PAA et CE in pelliculam congregari non possunt. Membrana CE/PAA composita in solutionibus pH altioris solubilis erat.
(4) Cum membrana CE/PAA OH et COOH dives sit, tractatio caloris eam reticulatam facit. Membrana CE/PAA reticulata bonam stabilitatem habet et in solutionibus pH altioris insolubilis est.
(5) Pellicula CE/PAA bonam facultatem adsorptionis aquae in ambitu habet.
Tempus publicationis: XVIII Kalendas Februarias, anno MMXXIII