ຟິມຜູກມັດໄຮໂດຣເຈນເຊນລູໂລສອີເທີ/ໂພລີອາຄຣິລິກກົດ

ພື້ນຖານການຄົ້ນຄວ້າ

ໃນຖານະເປັນຊັບພະຍາກອນທຳມະຊາດ, ອຸດົມສົມບູນ ແລະ ທົດແທນໄດ້, ເຊລລູໂລສປະເຊີນກັບສິ່ງທ້າທາຍອັນໃຫຍ່ຫຼວງໃນການນຳໃຊ້ຕົວຈິງເນື່ອງຈາກຄຸນສົມບັດທີ່ບໍ່ລະລາຍ ແລະ ມີຄວາມລະລາຍຈຳກັດ. ຄວາມເປັນຜລຶກສູງ ແລະ ພັນທະໄຮໂດຣເຈນທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນສູງໃນໂຄງສ້າງເຊລລູໂລສເຮັດໃຫ້ມັນເສື່ອມສະພາບແຕ່ບໍ່ລະລາຍໃນລະຫວ່າງຂະບວນການຄອບຄອງ, ແລະ ບໍ່ລະລາຍໃນນ້ຳ ແລະ ຕົວລະລາຍອິນຊີສ່ວນໃຫຍ່. ອະນຸພັນຂອງມັນແມ່ນຜະລິດໂດຍ esterification ແລະ etherification ຂອງກຸ່ມ hydroxyl ໃນຫົວໜ່ວຍ anhydroglucose ໃນລະບົບຕ່ອງໂສ້ໂພລີເມີ, ແລະ ຈະສະແດງຄຸນສົມບັດທີ່ແຕກຕ່າງກັນບາງຢ່າງເມື່ອທຽບກັບ cellulose ທຳມະຊາດ. ປະຕິກິລິຍາ etherification ຂອງເຊລລູໂລສສາມາດສ້າງອີເທີເຊລລູໂລສທີ່ລະລາຍໃນນ້ຳໄດ້ຫຼາຍຊະນິດ, ເຊັ່ນ: methyl cellulose (MC), hydroxyethyl cellulose (HEC) ແລະ hydroxypropyl cellulose (HPC), ເຊິ່ງຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນອາຫານ, ເຄື່ອງສຳອາງ, ໃນຢາ ແລະ ຢາປົວພະຍາດ. CE ທີ່ລະລາຍໃນນ້ຳສາມາດສ້າງໂພລີເມີທີ່ຜູກມັດໄຮໂດຣເຈນກັບກົດ polycarboxylic ແລະ polyphenols.

ການປະກອບແບບຊັ້ນຕໍ່ຊັ້ນ (LBL) ເປັນວິທີການທີ່ມີປະສິດທິພາບສຳລັບການກະກຽມຟິມບາງປະສົມໂພລີເມີ. ຕໍ່ໄປນີ້ແມ່ນອະທິບາຍສ່ວນໃຫຍ່ກ່ຽວກັບການປະກອບ LBL ຂອງ CE ສາມຊະນິດທີ່ແຕກຕ່າງກັນຄື HEC, MC ແລະ HPC ກັບ PAA, ປຽບທຽບພຶດຕິກຳການປະກອບຂອງພວກມັນ, ແລະວິເຄາະອິດທິພົນຂອງສານທົດແທນຕໍ່ການປະກອບ LBL. ສືບສວນຜົນກະທົບຂອງ pH ຕໍ່ຄວາມໜາຂອງຟິມ, ແລະຄວາມແຕກຕ່າງຂອງ pH ຕໍ່ການສ້າງຟິມ ແລະ ການລະລາຍ, ແລະພັດທະນາຄຸນສົມບັດການດູດຊຶມນ້ຳຂອງ CE/PAA.

ວັດສະດຸທົດລອງ:

ກົດໂພລີອາຄຣິລິກ (PAA, Mw = 450,000). ຄວາມໜືດຂອງສານລະລາຍນ້ຳ 2wt.% ຂອງໄຮດຣອກຊີເອທິລເຊລລູໂລສ (HEC) ແມ່ນ 300 mPa·s, ແລະລະດັບການທົດແທນແມ່ນ 2.5. ເມທິລເຊລລູໂລສ (MC, ສານລະລາຍນ້ຳ 2wt.% ທີ່ມີຄວາມໜືດ 400 mPa·s ແລະລະດັບການທົດແທນ 1.8). ໄຮດຣອກຊີໂພຣພິລເຊລລູໂລສ (HPC, ສານລະລາຍນ້ຳ 2wt.% ທີ່ມີຄວາມໜືດ 400 mPa·s ແລະລະດັບການທົດແທນ 2.5).

ການກະກຽມຮູບເງົາ:

ກະກຽມໂດຍການປະກອບຊັ້ນຜລຶກແຫຼວໃສ່ຊິລິໂຄນທີ່ອຸນຫະພູມ 25°C. ວິທີການປິ່ນປົວຂອງແມັດທຣິກສະໄລ້ມີດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້: ແຊ່ໃນສານລະລາຍທີ່ເປັນກົດ (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) ເປັນເວລາ 30 ນາທີ, ຈາກນັ້ນລ້າງອອກດ້ວຍນ້ຳທີ່ບໍ່ມີໄອອອນຫຼາຍຄັ້ງຈົນກວ່າ pH ຈະກາຍເປັນກາງ, ແລະສຸດທ້າຍແຫ້ງດ້ວຍໄນໂຕຣເຈນບໍລິສຸດ. ການປະກອບ LBL ແມ່ນປະຕິບັດໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງຈັກອັດຕະໂນມັດ. ຊັ້ນຮອງພື້ນໄດ້ຖືກແຊ່ສະຫຼັບກັນໃນສານລະລາຍ CE (0.2 mg/mL) ແລະສານລະລາຍ PAA (0.2 mg/mL), ແຕ່ລະສານລະລາຍໄດ້ຖືກແຊ່ເປັນເວລາ 4 ນາທີ. ການແຊ່ລ້າງສາມຄັ້ງ, ແຕ່ລະຄັ້ງ 1 ນາທີໃນນ້ຳທີ່ບໍ່ມີໄອອອນໄດ້ຖືກປະຕິບັດລະຫວ່າງການແຊ່ສານລະລາຍແຕ່ລະຄັ້ງເພື່ອເອົາໂພລີເມີທີ່ຕິດຢູ່ອອກ. ຄ່າ pH ຂອງສານລະລາຍປະກອບ ແລະ ສານລະລາຍລ້າງໄດ້ຖືກປັບໃຫ້ເປັນ pH 2.0. ຟິມທີ່ກະກຽມໄວ້ແມ່ນໝາຍເຖິງ (CE/PAA)n, ບ່ອນທີ່ n ໝາຍເຖິງວົງຈອນການປະກອບ. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 ແລະ (HPC/PAA)30 ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນກະກຽມ.

ການສະແດງລັກສະນະຮູບເງົາ:

ສະເປັກຕຣຳການສະທ້ອນທີ່ໃກ້ຄຽງກັບປົກກະຕິໄດ້ຖືກບັນທຶກ ແລະ ວິເຄາະດ້ວຍ NanoCalc-XR Ocean Optics, ແລະ ຄວາມໜາຂອງຟິມທີ່ວາງຢູ່ເທິງຊິລິກອນໄດ້ຖືກວັດແທກ. ດ້ວຍພື້ນຖານຊິລິກອນທີ່ຫວ່າງເປົ່າເປັນພື້ນຫຼັງ, ສະເປັກຕຣຳ FT-IR ຂອງຟິມບາງໆຢູ່ເທິງພື້ນຖານຊິລິກອນໄດ້ຖືກເກັບກຳໄວ້ໃນເຄື່ອງວັດແທກອິນຟາເຣດ Nicolet 8700.

ປະຕິກິລິຍາພັນທະໄຮໂດຣເຈນລະຫວ່າງ PAA ແລະ CEs:

ການປະກອບ HEC, MC ແລະ HPC ດ້ວຍ PAA ເຂົ້າໄປໃນຟີມ LBL. ສະເປັກຕຣຳອິນຟາເຣດຂອງ HEC/PAA, MC/PAA ແລະ HPC/PAA ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ. ສັນຍານ IR ທີ່ເຂັ້ມແຂງຂອງ PAA ແລະ CES ສາມາດສັງເກດເຫັນໄດ້ຢ່າງຊັດເຈນໃນສະເປັກຕຣຳ IR ຂອງ HEC/PAA, MC/PAA ແລະ HPC/PAA. ການວິເຄາະດ້ວຍ FT-IR ສາມາດວິເຄາະຄວາມຊັບຊ້ອນຂອງພັນທະບັດໄຮໂດຣເຈນລະຫວ່າງ PAA ແລະ CES ໂດຍການຕິດຕາມການປ່ຽນແປງຂອງແຖບການດູດຊຶມລັກສະນະ. ພັນທະບັດໄຮໂດຣເຈນລະຫວ່າງ CES ແລະ PAA ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນເກີດຂຶ້ນລະຫວ່າງອົກຊີເຈນໄຮດຣອກຊິວຂອງ CES ແລະກຸ່ມ COOH ຂອງ PAA. ຫຼັງຈາກສ້າງພັນທະບັດໄຮໂດຣເຈນແລ້ວ, ຈຸດສູງສຸດສີແດງທີ່ຍືດອອກຈະປ່ຽນໄປໃນທິດທາງຄວາມຖີ່ຕ່ຳ.

ຈຸດສູງສຸດ 1710 cm-1 ໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນສຳລັບຜົງ PAA ບໍລິສຸດ. ເມື່ອ polyacrylamide ຖືກປະກອບເປັນຟິມທີ່ມີ CEs ແຕກຕ່າງກັນ, ຈຸດສູງສຸດຂອງຟິມ HEC/PAA, MC/PAA ແລະ MPC/PAA ແມ່ນຢູ່ທີ່ 1718 cm-1, 1720 cm-1 ແລະ 1724 cm-1 ຕາມລຳດັບ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບຜົງ PAA ບໍລິສຸດ, ຄວາມຍາວຈຸດສູງສຸດຂອງຟິມ HPC/PAA, MC/PAA ແລະ HEC/PAA ເລື່ອນໄປ 14, 10 ແລະ 8 cm−1 ຕາມລຳດັບ. ພັນທະໄຮໂດຣເຈນລະຫວ່າງອີເທີອົກຊີເຈນ ແລະ COOH ຂັດຂວາງພັນທະໄຮໂດຣເຈນລະຫວ່າງກຸ່ມ COOH. ພັນທະໄຮໂດຣເຈນທີ່ສ້າງຂຶ້ນລະຫວ່າງ PAA ແລະ CE ຫຼາຍເທົ່າໃດ, ການປ່ຽນແປງຈຸດສູງສຸດຂອງ CE/PAA ໃນສະເປກຕຣຳ IR ກໍ່ຍິ່ງຫຼາຍຂຶ້ນເທົ່ານັ້ນ. HPC ມີລະດັບຄວາມຊັບຊ້ອນຂອງພັນທະໄຮໂດຣເຈນສູງສຸດ, PAA ແລະ MC ຢູ່ໃນກາງ, ແລະ HEC ແມ່ນຕໍ່າສຸດ.

ພຶດຕິກຳການຈະເລີນເຕີບໂຕຂອງຟິມປະສົມຂອງ PAA ແລະ CEs:

ພຶດຕິກຳການສ້າງຟິມຂອງ PAA ແລະ CEs ໃນລະຫວ່າງການປະກອບ LBL ໄດ້ຖືກສືບສວນໂດຍໃຊ້ QCM ແລະ ການວິເຄາະການແຊກແຊງທາງສະເປກຕຣຳ. QCM ມີປະສິດທິພາບໃນການຕິດຕາມກວດກາການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຟິມໃນສະຖານທີ່ໃນລະຫວ່າງຮອບວຽນການປະກອບສອງສາມຮອບທຳອິດ. ການວິເຄາະການແຊກແຊງທາງສະເປກຕຣຳແມ່ນເໝາະສົມສຳລັບຟິມທີ່ປູກຫຼາຍກວ່າ 10 ຮອບວຽນ.

ຟິມ HEC/PAA ສະແດງໃຫ້ເຫັນການເຕີບໂຕເປັນເສັ້ນຊື່ຕະຫຼອດຂະບວນການປະກອບ LBL, ໃນຂະນະທີ່ຟິມ MC/PAA ແລະ HPC/PAA ສະແດງໃຫ້ເຫັນການເຕີບໂຕແບບກ້າວກະໂດດໃນໄລຍະຕົ້ນຂອງການປະກອບ ແລະ ຫຼັງຈາກນັ້ນໄດ້ປ່ຽນເປັນການເຕີບໂຕເປັນເສັ້ນຊື່. ໃນພື້ນທີ່ການເຕີບໂຕເປັນເສັ້ນຊື່, ລະດັບຄວາມຊັບຊ້ອນທີ່ສູງຂຶ້ນ, ການເຕີບໂຕຂອງຄວາມໜາຕໍ່ຮອບວຽນການປະກອບກໍ່ຈະສູງຂຶ້ນ.

ຜົນກະທົບຂອງ pH ຂອງສານລະລາຍຕໍ່ການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຟິມ:

ຄ່າ pH ຂອງສານລະລາຍມີຜົນກະທົບຕໍ່ການເຕີບໂຕຂອງຟິມປະສົມໂພລີເມີທີ່ຜູກມັດດ້ວຍໄຮໂດຣເຈນ. ໃນຖານະເປັນໂພລີເອເລັກໂຕຣໄລທີ່ອ່ອນແອ, PAA ຈະຖືກໄອອອນໄນສ໌ ແລະ ມີປະຈຸລົບເມື່ອ pH ຂອງສານລະລາຍເພີ່ມຂຶ້ນ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຍັບຍັ້ງການຜູກມັດໄຮໂດຣເຈນ. ເມື່ອລະດັບການໄອອອນໄນສ໌ຂອງ PAA ບັນລຸລະດັບໃດໜຶ່ງ, PAA ບໍ່ສາມາດປະກອບເຂົ້າກັນເປັນຟິມທີ່ມີຕົວຮັບພັນທະໄຮໂດຣເຈນໃນ LBL.

ຄວາມໜາຂອງຟິມຫຼຸດລົງຕາມການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງ pH ຂອງສານລະລາຍ, ແລະຄວາມໜາຂອງຟິມຫຼຸດລົງຢ່າງກະທັນຫັນທີ່ pH2.5 HPC/PAA ແລະ pH3.0-3.5 HPC/PAA. ຈຸດວິກິດຂອງ HPC/PAA ແມ່ນປະມານ pH 3.5, ໃນຂະນະທີ່ HEC/PAA ແມ່ນປະມານ 3.0. ນີ້ໝາຍຄວາມວ່າເມື່ອ pH ຂອງສານລະລາຍທີ່ປະກອບສູງກວ່າ 3.5, ຟິມ HPC/PAA ຈະບໍ່ສາມາດສ້າງໄດ້, ແລະເມື່ອ pH ຂອງສານລະລາຍສູງກວ່າ 3.0, ຟິມ HEC/PAA ຈະບໍ່ສາມາດສ້າງໄດ້. ເນື່ອງຈາກລະດັບຄວາມຊັບຊ້ອນຂອງພັນທະໄຮໂດຣເຈນຂອງເຍື່ອ HPC/PAA ທີ່ສູງຂຶ້ນ, ຄ່າ pH ທີ່ສຳຄັນຂອງເຍື່ອ HPC/PAA ສູງກວ່າເຍື່ອ HEC/PAA. ໃນສານລະລາຍທີ່ບໍ່ມີເກືອ, ຄ່າ pH ທີ່ສຳຄັນຂອງສານລະລາຍທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍ HEC/PAA, MC/PAA ແລະ HPC/PAA ແມ່ນປະມານ 2.9, 3.2 ແລະ 3.7 ຕາມລຳດັບ. ຄ່າ pH ທີ່ສຳຄັນຂອງ HPC/PAA ແມ່ນສູງກວ່າຂອງ HEC/PAA, ເຊິ່ງສອດຄ່ອງກັບຄ່າ pH ຂອງເຍື່ອ LBL.

ປະສິດທິພາບການດູດຊຶມນໍ້າຂອງເຍື່ອ CE/PAA:

CES ອຸດົມໄປດ້ວຍກຸ່ມໄຮດຣອກຊິວ ດັ່ງນັ້ນມັນຈຶ່ງມີການດູດຊຶມນ້ຳ ແລະ ການຮັກສານ້ຳໄດ້ດີ. ຍົກຕົວຢ່າງເຍື່ອ HEC/PAA, ຄວາມສາມາດໃນການດູດຊຶມຂອງເຍື່ອ CE/PAA ທີ່ຜູກມັດໄຮໂດເຈນກັບນ້ຳໃນສະພາບແວດລ້ອມໄດ້ຖືກສຶກສາ. ໂດຍມີລັກສະນະການແຊກແຊງທາງສະເປກຕຣຳ, ຄວາມໜາຂອງຟິມຈະເພີ່ມຂຶ້ນເມື່ອຟິມດູດຊຶມນ້ຳ. ມັນຖືກວາງໄວ້ໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ມີຄວາມຊຸ່ມຊື່ນທີ່ສາມາດປັບໄດ້ທີ່ 25°C ເປັນເວລາ 24 ຊົ່ວໂມງເພື່ອໃຫ້ບັນລຸຄວາມສົມດຸນຂອງການດູດຊຶມນ້ຳ. ຟິມໄດ້ຖືກຕາກແຫ້ງໃນເຕົາອົບສູນຍາກາດ (40°C) ເປັນເວລາ 24 ຊົ່ວໂມງເພື່ອກຳຈັດຄວາມຊຸ່ມຊື່ນອອກໝົດ.

ເມື່ອຄວາມຊຸ່ມຊື່ນເພີ່ມຂຶ້ນ, ຟິມຈະໜາຂຶ້ນ. ໃນພື້ນທີ່ທີ່ມີຄວາມຊຸ່ມຊື່ນຕ່ຳ 30%-50%, ການເຕີບໂຕຂອງຄວາມໜາຈະຂ້ອນຂ້າງຊ້າ. ເມື່ອຄວາມຊຸ່ມຊື່ນເກີນ 50%, ຄວາມໜາຈະເຕີບໂຕຢ່າງໄວວາ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບເຍື່ອ PVPON/PAA ທີ່ຜູກມັດດ້ວຍໄຮໂດຣເຈນ, ເຍື່ອ HEC/PAA ສາມາດດູດຊຶມນ້ຳຈາກສິ່ງແວດລ້ອມໄດ້ຫຼາຍຂຶ້ນ. ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂຂອງຄວາມຊຸ່ມຊື່ນສຳພັດ 70% (25°C), ຂອບເຂດຄວາມໜາຂອງຟິມ PVPON/PAA ແມ່ນປະມານ 4%, ໃນຂະນະທີ່ຟິມ HEC/PAA ສູງເຖິງປະມານ 18%. ຜົນໄດ້ຮັບສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າເຖິງແມ່ນວ່າກຸ່ມ OH ຈຳນວນໜຶ່ງໃນລະບົບ HEC/PAA ມີສ່ວນຮ່ວມໃນການສ້າງພັນທະໄຮໂດຣເຈນ, ແຕ່ຍັງມີກຸ່ມ OH ຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍທີ່ພົວພັນກັບນ້ຳໃນສິ່ງແວດລ້ອມ. ດັ່ງນັ້ນ, ລະບົບ HEC/PAA ມີຄຸນສົມບັດການດູດຊຶມນ້ຳທີ່ດີ.

ສະຫຼຸບແລ້ວ

(1) ລະບົບ HPC/PAA ທີ່ມີລະດັບພັນທະໄຮໂດຣເຈນສູງສຸດຂອງ CE ແລະ PAA ມີການເຕີບໂຕໄວທີ່ສຸດໃນບັນດາພວກມັນ, MC/PAA ຢູ່ໃນກາງ, ແລະ HEC/PAA ແມ່ນຕໍ່າສຸດ.

(2) ຟິມ HEC/PAA ສະແດງໃຫ້ເຫັນຮູບແບບການເຕີບໂຕເສັ້ນຊື່ຕະຫຼອດຂະບວນການກະກຽມ, ໃນຂະນະທີ່ຟິມອີກສອງອັນຄື MC/PAA ແລະ HPC/PAA ສະແດງໃຫ້ເຫັນການເຕີບໂຕແບບກ້າວກະໂດດໃນສອງສາມຮອບທຳອິດ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນໄດ້ປ່ຽນເປັນຮູບແບບການເຕີບໂຕເສັ້ນຊື່.

(3) ການເຕີບໂຕຂອງຟິມ CE/PAA ມີຄວາມຂຶ້ນກັບ pH ຂອງສານລະລາຍຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ເມື່ອ pH ຂອງສານລະລາຍສູງກວ່າຈຸດວິກິດ, PAA ແລະ CE ຈະບໍ່ສາມາດປະກອບເຂົ້າກັນເປັນຟິມໄດ້. ເຍື່ອ CE/PAA ທີ່ປະກອບເຂົ້າກັນແລ້ວນັ້ນລະລາຍໃນສານລະລາຍ pH ສູງ.

(4) ເນື່ອງຈາກຟິມ CE/PAA ອຸດົມໄປດ້ວຍ OH ແລະ COOH, ການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນເຮັດໃຫ້ມັນເຊື່ອມຕໍ່ກັນ. ເຍື່ອ CE/PAA ທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັນມີຄວາມໝັ້ນຄົງດີ ແລະ ບໍ່ລະລາຍໃນສານລະລາຍ pH ສູງ.

(5) ຟິມ CE/PAA ມີຄວາມສາມາດໃນການດູດຊຶມນ້ຳໃນສະພາບແວດລ້ອມໄດ້ດີ.