Заминаи тадқиқот
Ҳамчун як захираи табиӣ, фаровон ва барқароршаванда, селлюлоза дар татбиқи амалӣ бо сабаби хосиятҳои обнашаванда ва маҳдуд будани ҳалшавандагии худ бо мушкилоти зиёд рӯбарӯ мешавад. Кристаллияти баланд ва пайвандҳои гидрогении зичии баланд дар сохтори селлюлоза онро дар раванди нигоҳдорӣ вайрон мекунад, аммо об намешавад ва дар об ва аксари ҳалкунандаҳои органикӣ ҳал намешавад. Ҳосилаҳои онҳо тавассути эфиризатсия ва эфиризатсияи гурӯҳҳои гидроксил дар воҳидҳои ангидридглюкоза дар занҷири полимер ҳосил мешаванд ва дар муқоиса бо селлюлозаи табиӣ баъзе хосиятҳои гуногунро нишон медиҳанд. Реаксияи эфиризатсияи селлюлоза метавонад бисёр эфирҳои селлюлозаи дар об ҳалшаванда, ба монанди метилселлюлоза (MC), гидроксиэтилселлюлоза (HEC) ва гидроксипропилселлюлоза (HPC)-ро ба вуҷуд орад, ки ба таври васеъ дар хӯрокворӣ, косметика, дорусозӣ ва тиб истифода мешаванд. CE-и дар об ҳалшаванда метавонад полимерҳои бо гидроген пайвастшударо бо кислотаҳои поликарбон ва полифенолҳо ташкил диҳад.
Қабат ба қабат (LBL) усули муассири тайёр кардани плёнкаҳои тунуки полимерии композитӣ мебошад. Дар зер асосан васлкунии LBL-и се CE-и гуногуни HEC, MC ва HPC бо PAA тавсиф карда мешавад, рафтори васлкунии онҳо муқоиса карда мешавад ва таъсири ивазкунандаҳо ба васлкунии LBL таҳлил карда мешавад. Таъсири рН ба ғафсии плёнка ва фарқиятҳои гуногуни рН ба ташаккул ва ҳалшавии плёнка таҳқиқ карда, хосиятҳои ҷабби обии CE/PAA-ро таҳия кунед.
Маводҳои таҷрибавӣ:
Кислотаи полиакрилӣ (PAA, Mw = 450,000). Часпакии маҳлули обии 2% гидроксиэтилселлюлоза (HEC) 300 мПа·с ва дараҷаи ивазкунӣ 2,5 аст. Метилселлюлоза (MC, маҳлули обии 2% бо часпакии 400 мПа·с ва дараҷаи ивазкунӣ 1,8). Гидроксипропилселлюлоза (HPC, маҳлули обии 2% бо часпакии 400 мПа·с ва дараҷаи ивазкунӣ 2,5).
Омодасозии филм:
Бо роҳи васлкунии қабати кристаллии моеъ дар болои кремний дар ҳарорати 25°C омода карда шудааст. Усули коркарди матритсаи слайд чунин аст: дар маҳлули туршӣ (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) барои 30 дақиқа тар кунед, сипас бо оби деионизатсияшуда чанд маротиба то бетараф шудани рН шуста, дар ниҳоят бо нитрогени холис хушк кунед. Васлкунии LBL бо истифода аз дастгоҳҳои автоматӣ анҷом дода мешавад. Субстрат навбат ба навбат дар маҳлули CE (0.2 мг/мл) ва маҳлули PAA (0.2 мг/мл) тар карда шуд, ҳар як маҳлул барои 4 дақиқа тар карда шуд. Дар байни ҳар як васлкунии маҳлул се маротиба шустани 1 дақиқа дар оби деионизатсияшуда анҷом дода шуд, то полимери суст часпидашударо тоза кунад. Арзишҳои рН-и маҳлули васлкунӣ ва маҳлули шустан ҳарду ба рН 2.0 танзим карда шуданд. Плёнкаҳои омодашуда ҳамчун (CE/PAA)n ишора карда мешаванд, ки дар он n давраи васлкуниро нишон медиҳад. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 ва (HPC/PAA)30 асосан омода карда шуданд.
Хусусияти филм:
Спектрҳои инъикоси қариб муқаррарӣ бо истифода аз NanoCalc-XR Ocean Optics сабт ва таҳлил карда шуданд ва ғафсии плёнкаҳое, ки дар кремний гузошта шудаанд, чен карда шуд. Бо истифода аз субстрати холии кремний ҳамчун замина, спектри FT-IR-и плёнкаи тунук дар субстрати кремний дар спектрометри инфрасурхи Nicolet 8700 ҷамъоварӣ карда шуд.
Таъсири мутақобилаи пайвандҳои гидрогенӣ байни PAA ва CE:
Ҷамъоварии HEC, MC ва HPC бо PAA ба плёнкаҳои LBL. Спектрҳои инфрасурхи HEC/PAA, MC/PAA ва HPC/PAA дар расм нишон дода шудаанд. Сигналҳои қавии IR-и PAA ва CES-ро дар спектрҳои IR-и HEC/PAA, MC/PAA ва HPC/PAA ба таври возеҳ мушоҳида кардан мумкин аст. Спектроскопияи FT-IR метавонад комплексшавии пайванди гидрогениро байни PAA ва CES тавассути назорат кардани тағйирёбии бандҳои ҷабби хос таҳлил кунад. Пайванди гидрогенӣ байни CES ва PAA асосан байни оксигени гидроксилии CES ва гурӯҳи COOH-и PAA ба амал меояд. Пас аз ташаккули пайванди гидрогенӣ, сурхи кашиш ба самти басомади паст ҳаракат мекунад.
Қуллаи 1710 см-1 барои хокаи холиси PAA мушоҳида шуд. Вақте ки полиакриламид ба плёнкаҳо бо CE-ҳои гуногун ҷамъ карда шуд, қуллаҳои плёнкаҳои HEC/PAA, MC/PAA ва MPC/PAA мутаносибан дар 1718 см-1, 1720 см-1 ва 1724 см-1 ҷойгир буданд. Дар муқоиса бо хокаи холиси PAA, дарозии қуллаҳои плёнкаҳои HPC/PAA, MC/PAA ва HEC/PAA мутаносибан 14, 10 ва 8 см−1 тағйир ёфтанд. Пайванди гидрогенӣ байни оксигени эфирӣ ва COOH пайванди гидрогениро байни гурӯҳҳои COOH қатъ мекунад. Ҳар қадар пайвандҳои гидрогенӣ байни PAA ва CE бештар ба вуҷуд оянд, тағйири қуллаи CE/PAA дар спектрҳои IR ҳамон қадар зиёдтар мешавад. HPC дорои дараҷаи баландтарини комплексшавии пайванди гидрогенӣ мебошад, PAA ва MC дар миёна ва HEC пасттарин аст.
Рафтори афзоиши плёнкаҳои таркибии PAA ва CE:
Рафтори ташаккули плёнкаҳои PAA ва CE ҳангоми васлкунии LBL бо истифода аз QCM ва интерферометрияи спектрӣ таҳқиқ карда шуд. QCM барои назорати афзоиши плёнка дар макон дар давоми чанд давраи аввали васлкунӣ самаранок аст. Интерферометрҳои спектрӣ барои плёнкаҳое, ки дар тӯли 10 давра парвариш карда мешаванд, мувофиқанд.
Плёнкаи HEC/PAA дар тамоми раванди васлкунии LBL афзоиши хаттиро нишон дод, дар ҳоле ки плёнкаҳои MC/PAA ва HPC/PAA дар марҳилаҳои аввали васлкунӣ афзоиши экспоненсиалиро нишон доданд ва сипас ба афзоиши хаттӣ табдил ёфтанд. Дар минтақаи афзоиши хаттӣ, ҳар қадар дараҷаи мураккабшавӣ баландтар бошад, афзоиши ғафсӣ дар як давраи васлкунӣ ҳамон қадар зиёдтар аст.
Таъсири рН-и маҳлул ба афзоиши плёнка:
Арзиши рН-и маҳлул ба афзоиши плёнкаи полимерии пайвастшудаи гидрогенӣ таъсир мерасонад. Ҳамчун полиэлектролити заиф, PAA бо афзоиши рН-и маҳлул ионизатсия ва заряди манфӣ мегирад ва бо ин васила пайвастагии пайвандҳои гидрогениро бозмедорад. Вақте ки дараҷаи ионизатсияи PAA ба сатҳи муайян расид, PAA наметавонист ба плёнкае бо қабулкунандаҳои пайвандҳои гидрогенӣ дар LBL ҷамъ шавад.
Ғафсии плёнка бо афзоиши рН маҳлул кам шуд ва ғафсии плёнка дар рН2.5 HPC/PAA ва рН3.0-3.5 HPC/PAA ногаҳон кам шуд. Нуқтаи муҳими HPC/PAA тақрибан рН 3.5 аст, дар ҳоле ки нуқтаи муҳими HEC/PAA тақрибан 3.0 аст. Ин маънои онро дорад, ки вақте ки рН-и маҳлули васлкунӣ аз 3.5 баландтар аст, плёнкаи HPC/PAA ташкил карда намешавад ва вақте ки рН-и маҳлул аз 3.0 баландтар аст, плёнкаи HEC/PAA ташкил карда намешавад. Аз сабаби дараҷаи баланди комплексшавии пайванди гидрогенӣ дар мембранаи HPC/PAA, арзиши муҳими рН-и мембранаи HPC/PAA нисбат ба мембранаи HEC/PAA баландтар аст. Дар маҳлули бенамак, арзишҳои муҳими рН-и комплексҳое, ки аз ҷониби HEC/PAA, MC/PAA ва HPC/PAA ташкил шудаанд, мутаносибан тақрибан 2.9, 3.2 ва 3.7 буданд. РН-и критикӣ-и HPC/PAA нисбат ба рН-и HEC/PAA баландтар аст, ки бо рН-и мембранаи LBL мувофиқ аст.
Самаранокии ҷабби об дар мембранаи CE/PAA:
CES аз гурӯҳҳои гидроксил бой аст, аз ин рӯ он дорои ҷабби хуби об ва нигоҳдории об мебошад. Масалан, мембранаи HEC/PAA-ро истифода бурда, қобилияти адсорбсияи мембранаи CE/PAA-и бо гидроген пайвастшуда ба об дар муҳити зист омӯхта шуд. Бо интерферометрияи спектрӣ тавсиф карда мешавад, ки ғафсии плёнка ҳангоми ҷабби об аз ҷониби плёнка меафзояд. Он барои ба даст овардани мувозинати ҷабби об дар муҳит бо намӣ танзимшаванда дар ҳарорати 25°C барои 24 соат ҷойгир карда шуд. Плёнкаҳо дар танӯри вакуумӣ (40°C) барои 24 соат хушк карда шуданд, то намӣ пурра тоза карда шавад.
Бо афзоиши намӣ, плёнка ғафс мешавад. Дар минтақаи намии пасти 30%-50%, афзоиши ғафсӣ нисбатан суст аст. Вақте ки намӣ аз 50% зиёд мешавад, ғафсӣ босуръат меафзояд. Дар муқоиса бо мембранаи PVPON/PAA, ки бо гидроген пайваст аст, мембранаи HEC/PAA метавонад аз муҳити зист оби бештарро ҷаббида гирад. Дар шароити намии нисбии 70% (25°C), диапазони ғафсшавии плёнкаи PVPON/PAA тақрибан 4% аст, дар ҳоле ки плёнкаи HEC/PAA тақрибан 18% аст. Натиҷаҳо нишон доданд, ки гарчанде миқдори муайяни гурӯҳҳои OH дар системаи HEC/PAA дар ташаккули пайвандҳои гидроген иштирок кардаанд, шумораи зиёди гурӯҳҳои OH дар муҳити зист бо об ҳамкорӣ мекарданд. Аз ин рӯ, системаи HEC/PAA хосиятҳои хуби ҷабби обро дорад.
хулоса
(1) Системаи HPC/PAA бо дараҷаи баланди пайванди гидрогении CE ва PAA дар байни онҳо суръати баландтаринро дорад, MC/PAA дар миёна ва HEC/PAA пасттарин аст.
(2) Филми HEC/PAA дар тамоми раванди омодасозӣ режими афзоиши хаттиро нишон дод, дар ҳоле ки ду филми дигар MC/PAA ва HPC/PAA дар чанд давраи аввал афзоиши экспоненсиалиро нишон доданд ва сипас ба режими афзоиши хаттӣ табдил ёфтанд.
(3) Афзоиши плёнкаи CE/PAA аз рН-и маҳлул вобастагии қавӣ дорад. Вақте ки рН-и маҳлул аз нуқтаи критикӣ баландтар аст, PAA ва CE наметавонанд ба як плёнка ҷамъ шаванд. Мембранаи васлшудаи CE/PAA дар маҳлулҳои рН-и баланд ҳалшаванда буд.
(4) Азбаски плёнкаи CE/PAA аз OH ва COOH бой аст, коркарди гармӣ онро ба шакли салиб пайваст мекунад. Мембранаи салиб пайвастшудаи CE/PAA устувории хуб дорад ва дар маҳлулҳои рН-и баланд ҳал намешавад.
(5) Плёнкаи CE/PAA қобилияти хуби адсорбсияи обро дар муҳити зист дорад.
Вақти нашр: 18 феврали соли 2023