Sfond tar-Riċerka
Bħala riżorsa naturali, abbundanti u rinnovabbli, iċ-ċelluloża tiltaqa' ma' sfidi kbar f'applikazzjonijiet prattiċi minħabba l-proprjetajiet tagħha li ma ddubx u li huma limitati għas-solubilità. Il-kristallinità għolja u l-bonds tal-idroġenu ta' densità għolja fl-istruttura taċ-ċelluloża jagħmluha tiddegrada iżda ma ddubx matul il-proċess ta' pussess, u ma tinħallx fl-ilma u fil-biċċa l-kbira tas-solventi organiċi. Id-derivattivi tagħhom huma prodotti mill-esterifikazzjoni u l-eterifikazzjoni tal-gruppi idrossiliċi fuq l-unitajiet tal-anidroglukożju fil-katina tal-polimeru, u se juru xi proprjetajiet differenti meta mqabbla maċ-ċelluloża naturali. Ir-reazzjoni ta' eterifikazzjoni taċ-ċelluloża tista' tiġġenera ħafna eteri taċ-ċelluloża li jinħallu fl-ilma, bħal metilċelluloża (MC), idrossietilċelluloża (HEC) u idrossipropilċelluloża (HPC), li jintużaw ħafna fl-ikel, fil-kożmetiċi, fil-farmaċewtiċi u fil-mediċina. Iċ-Ċelluloża li tinħall fl-ilma tista' tifforma polimeri marbuta bl-idroġenu ma' aċidi polikarbossiliċi u polifenoli.
L-assemblaġġ saff b'saff (LBL) huwa metodu effettiv għall-preparazzjoni ta' films irqaq komposti tal-polimeri. Dan li ġej jiddeskrivi prinċipalment l-assemblaġġ LBL ta' tliet CEs differenti ta' HEC, MC u HPC bil-PAA, iqabbel l-imġiba tal-assemblaġġ tagħhom, u janalizza l-influwenza tas-sostituenti fuq l-assemblaġġ LBL. Investiga l-effett tal-pH fuq il-ħxuna tal-film, u d-differenzi differenti tal-pH fuq il-formazzjoni u d-dissoluzzjoni tal-film, u żviluppa l-proprjetajiet tal-assorbiment tal-ilma tas-CE/PAA.
Materjali Sperimentali:
Aċidu poliakriliku (PAA, Mw = 450,000). Il-viskożità ta' soluzzjoni milwiema ta' 2 wt.% ta' idrossietilċelluloża (HEC) hija 300 mPa·s, u l-grad ta' sostituzzjoni huwa 2.5. Metilċelluloża (MC, soluzzjoni milwiema ta' 2 wt.% b'viskożità ta' 400 mPa·s u grad ta' sostituzzjoni ta' 1.8). Idrossipropilċelluloża (HPC, soluzzjoni milwiema ta' 2 wt.% b'viskożità ta' 400 mPa·s u grad ta' sostituzzjoni ta' 2.5).
Tħejjija tal-film:
Ippreparat permezz ta' assemblaġġ ta' saff ta' kristalli likwidi fuq silikon f'25°C. Il-metodu ta' trattament tal-matriċi tas-slajd huwa kif ġej: tixxarrab f'soluzzjoni aċiduża (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) għal 30 minuta, imbagħad laħlaħ b'ilma dejonizzat diversi drabi sakemm il-pH isir newtrali, u fl-aħħar nixxef b'nitroġenu pur. L-assemblaġġ tal-LBL jitwettaq bl-użu ta' makkinarju awtomatiku. Is-sottostrat ġie mxarrab alternattivament f'soluzzjoni CE (0.2 mg/mL) u soluzzjoni PAA (0.2 mg/mL), kull soluzzjoni ġiet mxarrba għal 4 minuti. Tliet tixrib ta' minuta kull wieħed f'ilma dejonizzat twettqu bejn kull tixrib fis-soluzzjoni biex jitneħħa l-polimeru mwaħħal b'mod laxk. Il-valuri tal-pH tas-soluzzjoni tal-assemblaġġ u s-soluzzjoni tat-tlaħliħ ġew it-tnejn aġġustati għal pH 2.0. Il-films kif ippreparati huma mmarkati bħala (CE/PAA)n, fejn n tindika ċ-ċiklu tal-assemblaġġ. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 u (HPC/PAA)30 ġew ippreparati prinċipalment.
Karatterizzazzjoni tal-Film:
Spettri ta' riflettanza kważi normali ġew irreġistrati u analizzati b'NanoCalc-XR Ocean Optics, u l-ħxuna tal-films depożitati fuq is-silikon ġiet imkejla. B'sottostrat tas-silikon vojt bħala sfond, l-ispettru FT-IR tal-film irqiq fuq is-sottostrat tas-silikon inġabar fuq spettrometru infra-aħmar Nicolet 8700.
Interazzjonijiet ta' bonds tal-idroġenu bejn PAA u CEs:
Assemblaġġ ta' HEC, MC u HPC ma' PAA f'films LBL. L-ispettri infra-aħmar ta' HEC/PAA, MC/PAA u HPC/PAA huma murija fil-figura. Is-sinjali IR qawwija ta' PAA u CES jistgħu jiġu osservati b'mod ċar fl-ispettri IR ta' HEC/PAA, MC/PAA u HPC/PAA. L-ispettroskopija FT-IR tista' tanalizza l-kumplessazzjoni tar-rabta tal-idroġenu bejn PAA u CES billi timmonitorja l-ispostament tal-meded ta' assorbiment karatteristiċi. Ir-rabta tal-idroġenu bejn CES u PAA sseħħ prinċipalment bejn l-ossiġnu idrossiliku tas-CES u l-grupp COOH tal-PAA. Wara li tiġi ffurmata r-rabta tal-idroġenu, il-quċċata tat-tiġbid tinbidel bl-aħmar għad-direzzjoni tal-frekwenza baxxa.
Quċċata ta' 1710 cm-1 ġiet osservata għat-trab PAA pur. Meta l-poliakrilamida ġiet immuntata f'films b'CEs differenti, il-qċaċet tal-films HEC/PAA, MC/PAA u MPC/PAA kienu jinsabu f'1718 cm-1, 1720 cm-1 u 1724 cm-1, rispettivament. Meta mqabbel mat-trab PAA pur, it-tulijiet tal-qċaċet tal-films HPC/PAA, MC/PAA u HEC/PAA mxew b'14, 10 u 8 cm−1, rispettivament. Ir-rabta tal-idroġenu bejn l-ossiġnu tal-etere u s-COOH tinterrompi r-rabta tal-idroġenu bejn il-gruppi COOH. Iktar ma jiġu ffurmati bonds tal-idroġenu bejn il-PAA u s-CE, iktar ikun kbir il-bidla fil-qċaċet tas-CE/PAA fl-ispettri tal-IR. L-HPC għandha l-ogħla grad ta' kumplessazzjoni ta' bonds tal-idroġenu, il-PAA u l-MC jinsabu fin-nofs, u l-HEC hija l-aktar baxxa.
Imġieba tat-tkabbir ta' films komposti ta' PAA u CEs:
L-imġiba tal-formazzjoni tal-film tal-PAA u s-CEs waqt l-assemblaġġ tal-LBL ġiet investigata bl-użu tal-QCM u l-interferometrija spettrali. Il-QCM hija effettiva għall-monitoraġġ tat-tkabbir tal-film in situ matul l-ewwel ftit ċikli ta' assemblaġġ. L-interferometri spettrali huma adattati għal films imkabbra fuq 10 ċikli.
Il-film HEC/PAA wera tkabbir lineari matul il-proċess ta' assemblaġġ tal-LBL, filwaqt li l-films MC/PAA u HPC/PAA wrew tkabbir esponenzjali fl-istadji bikrija tal-assemblaġġ u mbagħad ittrasformaw fi tkabbir lineari. Fir-reġjun tat-tkabbir lineari, iktar ma jkun għoli l-grad ta' kumplessazzjoni, iktar ikun kbir it-tkabbir tal-ħxuna għal kull ċiklu ta' assemblaġġ.
Effett tal-pH tas-soluzzjoni fuq it-tkabbir tal-film:
Il-valur tal-pH tas-soluzzjoni jaffettwa t-tkabbir tal-film kompost tal-polimeru marbut bl-idroġenu. Bħala polielettrolit dgħajjef, il-PAA se jiġi jonizzat u ċċarġjat b'mod negattiv hekk kif il-pH tas-soluzzjoni jiżdied, u b'hekk jinibixxi l-assoċjazzjoni tar-rabtiet tal-idroġenu. Meta l-grad ta' jonizzazzjoni tal-PAA laħaq ċertu livell, il-PAA ma setax jingħaqad f'film b'aċċetturi tar-rabtiet tal-idroġenu fl-LBL.
Il-ħxuna tal-film naqset biż-żieda tal-pH tas-soluzzjoni, u l-ħxuna tal-film naqset f'daqqa f'pH2.5 HPC/PAA u pH3.0-3.5 HPC/PAA. Il-punt kritiku tal-HPC/PAA huwa madwar pH 3.5, filwaqt li dak tal-HEC/PAA huwa madwar 3.0. Dan ifisser li meta l-pH tas-soluzzjoni tal-assemblaġġ ikun ogħla minn 3.5, il-film HPC/PAA ma jistax jiġi ffurmat, u meta l-pH tas-soluzzjoni jkun ogħla minn 3.0, il-film HEC/PAA ma jistax jiġi ffurmat. Minħabba l-grad ogħla ta' kumplessazzjoni ta' bonds tal-idroġenu tal-membrana HPC/PAA, il-valur kritiku tal-pH tal-membrana HPC/PAA huwa ogħla minn dak tal-membrana HEC/PAA. F'soluzzjoni mingħajr melħ, il-valuri kritiċi tal-pH tal-kumplessi ffurmati minn HEC/PAA, MC/PAA u HPC/PAA kienu madwar 2.9, 3.2 u 3.7, rispettivament. Il-pH kritiku tal-HPC/PAA huwa ogħla minn dak tal-HEC/PAA, li huwa konsistenti ma' dak tal-membrana LBL.
Prestazzjoni tal-assorbiment tal-ilma tal-membrana CE/PAA:
Is-CES huwa rikk fil-gruppi idrossiliċi u għalhekk għandu assorbiment u żamma tajba tal-ilma. Billi ħadna l-membrana HEC/PAA bħala eżempju, ġiet studjata l-kapaċità ta' adsorbiment tal-membrana CE/PAA marbuta bl-idroġenu għall-ilma fl-ambjent. Ikkaratterizzata minn interferometrija spettrali, il-ħxuna tal-film tiżdied hekk kif il-film jassorbi l-ilma. Dan tqiegħed f'ambjent b'umdità aġġustabbli f'25°C għal 24 siegħa biex jinkiseb ekwilibriju fl-assorbiment tal-ilma. Il-films tnixxfu f'forn bil-vakwu (40°C) għal 24 siegħa biex titneħħa kompletament l-umdità.
Hekk kif tiżdied l-umdità, il-film jeħxien. Fiż-żona ta' umdità baxxa ta' 30%-50%, it-tkabbir tal-ħxuna huwa relattivament bil-mod. Meta l-umdità taqbeż il-50%, il-ħxuna tikber malajr. Meta mqabbla mal-membrana PVPON/PAA marbuta bl-idroġenu, il-membrana HEC/PAA tista' tassorbi aktar ilma mill-ambjent. Taħt il-kundizzjoni ta' umdità relattiva ta' 70% (25°C), il-medda ta' ħxuna tal-film PVPON/PAA hija ta' madwar 4%, filwaqt li dik tal-film HEC/PAA hija għolja daqs madwar 18%. Ir-riżultati wrew li għalkemm ċertu ammont ta' gruppi OH fis-sistema HEC/PAA pparteċipaw fil-formazzjoni ta' bonds tal-idroġenu, xorta kien hemm numru konsiderevoli ta' gruppi OH li jinteraġixxu mal-ilma fl-ambjent. Għalhekk, is-sistema HEC/PAA għandha proprjetajiet tajbin ta' assorbiment tal-ilma.
bħala konklużjoni
(1) Is-sistema HPC/PAA bl-ogħla grad ta' rbit tal-idroġenu ta' CE u PAA għandha l-iktar tkabbir mgħaġġel fosthom, MC/PAA tinsab fin-nofs, u HEC/PAA hija l-aktar baxxa.
(2) Il-film HEC/PAA wera mod ta' tkabbir lineari matul il-proċess kollu ta' preparazzjoni, filwaqt li ż-żewġ films l-oħra MC/PAA u HPC/PAA wrew tkabbir esponenzjali fl-ewwel ftit ċikli, u mbagħad trasformaw f'mod ta' tkabbir lineari.
(3) It-tkabbir tal-film CE/PAA jiddependi ħafna fuq il-pH tas-soluzzjoni. Meta l-pH tas-soluzzjoni jkun ogħla mill-punt kritiku tiegħu, il-PAA u s-CE ma jistgħux jingħaqdu flimkien f'film. Il-membrana CE/PAA mmuntata kienet solubbli f'soluzzjonijiet ta' pH għoli.
(4) Peress li l-film CE/PAA huwa rikk f'OH u COOH, it-trattament bis-sħana jagħmilha cross-linked. Il-membrana CE/PAA cross-linked għandha stabbiltà tajba u ma tinħallx f'soluzzjonijiet ta' pH għoli.
(5) Il-film CE/PAA għandu kapaċità tajba ta' adsorbiment għall-ilma fl-ambjent.
Ħin tal-posta: 18 ta' Frar 2023