Ylmy barlaglaryň geçmişi
Tebigy, bol we gaýtadan dikeldilýän serişde hökmünde, sellýuloza eremeýän we çäkli eriýän häsiýetleri sebäpli amaly ulanylyşda uly kynçylyklara duçar bolýar. Sellýuloza gurluşyndaky ýokary kristallik we ýokary dykyzlykly wodorod baglanyşyklary onuň dargamagyna, eýeçilik prosesinde eremezligine we suwda we köp organiki erginlerde eremezligine sebäp bolýar. Olaryň türewleri polimer zynjyryndaky anhidroglukoza birliklerinde gidroksil toparlarynyň esterleşdirilmegi we efirleşdirilmegi arkaly öndürilýär we tebigy sellýuloza bilen deňeşdirilende käbir tapawutly häsiýetleri görkezýär. Sellýulozanyň eterleşdiriliş reaksiýasy iýmitde, kosmetikada, derman senagatynda we lukmançylykda giňden ulanylýan metil sellýuloza (MC), gidroksietil sellýuloza (HEC) we gidroksipropil sellýuloza (HPC) ýaly köp suwda ereýän sellýuloza efirlerini döredip biler. Suwda ereýän CE polikarbon kislotalary we polifenollar bilen wodorod bilen baglanyşykly polimerleri emele getirip biler.
Gatlak-gatlak ýygnamak (GGÝ) polimer kompozit inçe plýonkalary taýýarlamak üçin netijeli usuldyr. Aşakda esasan HEC, MC we HPC-niň üç dürli CE-leriniň PAA bilen LBL ýygnamagy beýan edilýär, olaryň ýygnamak häsiýetleri deňeşdirilýär we orunbasarlaryň LBL ýygnamagyna täsiri seljerilýär. PH-nyň plýonkanyň galyňlygyna täsirini we pH-nyň plýonkanyň emele gelmegine we eremegine dürli tapawutlaryny öwreniň we CE/PAA-nyň suw siňdiriş häsiýetlerini işläp düzüň.
Eksperimental materiallar:
Poliakril kislotasy (PAA, Mw = 450,000). Gidroksietilsellýulozanyň (HEC) 2wt.% suw ergininiň ýapyşlygy 300 mPa·s, orunbasarlyk derejesi bolsa 2,5. Metilsellýuloza (MC, ýapyşlygy 400 mPa·s we orunbasarlyk derejesi 1,8 bolan 2wt.% suw ergini). Gidroksipropilsellýuloza (HPC, ýapyşlygy 400 mPa·s we orunbasarlyk derejesi 2,5 bolan 2wt.% suw ergini).
Filmi taýýarlamak:
25°C-de kremniýiň üstünde suwuk kristal gatlagy ýygnamak arkaly taýýarlanyldy. Slaýd matrisasynyň işleniş usuly aşakdaky ýaly: kislotaly erginde (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 minutlap çümdüriň, soňra pH neýtral bolýança deionizirlenen suw bilen birnäçe gezek çaýkaň we ahyrsoňy arassa azot bilen guradyň. LBL ýygnamagy awtomatiki enjamlar arkaly amala aşyrylýar. Substrat CE ergininde (0,2 mg/ml) we PAA ergininde (0,2 mg/ml) gezek-gezek çümdürildi, her bir ergin 4 minutlap çümdürildi. Boş ýapyşan polimeri aýyrmak üçin her bir ergin çümdürmegiň arasynda deionizirlenen suwda 1 minutdan üç gezek çaýkamak geçirildi. Ýygnamak ergininiň we çaýkamak ergininiň pH gymmatlyklary pH 2.0-a sazlandy. Taýýarlanan plýonkalar (CE/PAA)n hökmünde bellenilýär, bu ýerde n ýygnamak siklini aňladýar. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 we (HPC/PAA)30 esasan taýýarlanyldy.
Filmiň häsiýetnamasy:
NanoCalc-XR Ocean Optics bilen kadaly derejede şöhlelenme spektrleri ýazylyp alyndy we seljerildi, şeýle hem kremniýiň üstüne goýlan plýonkalaryň galyňlygy ölçeldi. Boş kremniý substraty fon hökmünde ulanylyp, kremniý substratyndaky inçe plýonkanyň FT-IR spektri Nicolet 8700 infragyzyl spektrometrinde ýygnaldy.
PAA we CE-leriň arasyndaky wodorod baglanyşygynyň özara täsirleri:
HEC, MC we HPC-ni PAA bilen LBL plýonkalaryna ýygnamak. HEC/PAA, MC/PAA we HPC/PAA-nyň infragyzyl spektrleri suratda görkezilen. PAA we CES-iň güýçli IR signallaryny HEC/PAA, MC/PAA we HPC/PAA-nyň IR spektrlerinde aýdyň synlap bolýar. FT-IR spektroskopiýasy häsiýetli siňdiriş zolaklarynyň süýşmesini gözegçilik etmek arkaly PAA we CES arasyndaky wodorod baglanyşygynyň kompleksleşmesini seljerip bilýär. CES we PAA arasyndaky wodorod baglanyşygy esasan CES-iň gidroksil kislorody bilen PAA-nyň COOH toparynyň arasynda bolup geçýär. Wodorod baglanyşygy emele gelenden soň, uzalýan pik gyzyl pes ýygylykly ugra süýşýär.
Arassa PAA poroşogy üçin 1710 sm-1 pik syn edildi. Poliakrilamid dürli CE-leri bolan plýonkalara ýygnalanda, HEC/PAA, MC/PAA we MPC/PAA plýonkalarynyň pikleri degişlilikde 1718 sm-1, 1720 sm-1 we 1724 sm-1-de ýerleşýärdi. Arassa PAA poroşogy bilen deňeşdirilende, HPC/PAA, MC/PAA we HEC/PAA plýonkalarynyň pik uzynlygy degişlilikde 14, 10 we 8 sm−1 süýşdi. Efir kislorody bilen COOH arasyndaky wodorod baglanyşygy COOH toparlarynyň arasyndaky wodorod baglanyşygyny kesýär. PAA bilen CE arasynda näçe köp wodorod baglanyşygy emele gelse, IR spektrlerinde CE/PAA-nyň pik süýşmesi şonça uly bolýar. HPC wodorod baglanyşygynyň kompleksleşmesiniň iň ýokary derejesine eýedir, PAA we MC ortada, HEC bolsa iň pes derejede.
PAA we CE kompozit plýonkalarynyň ösüş häsiýeti:
LBL ýygnamak wagtynda PAA we CE-leriň plýonka emele getiriş häsiýeti QCM we spektral interferometriýa arkaly öwrenildi. QCM ilkinji birnäçe ýygnamak sikliniň dowamynda plýonkanyň ösüşini ýerinde gözegçilik etmek üçin netijelidir. Spektral interferometrler 10 siklden köp ösdürilen plýonkalar üçin amatlydyr.
HEC/PAA plýonkasy LBL ýygnamak prosesinde çyzykly ösüş görkezdi, MC/PAA we HPC/PAA plýonkalary bolsa ýygnamagyň irki tapgyrlarynda eksponensial ösüş görkezdi we soňra çyzykly ösüşe öwrüldi. Çyzykly ösüş sebitinde kompleksleşme derejesi näçe ýokary bolsa, ýygnamak siklinde galyňlygyň ösüşi şonça-da köp boldy.
Eriýäniň pH-nyň plýonkanyň ösüşine täsiri:
Erginiň pH derejesi wodorod bilen baglanyşykly polimer kompozit plyonkasynyň ösüşine täsir edýär. Gowşak polielektrolit hökmünde, erginiň pH derejesi ýokarlananda PAA ionlaşar we negatiw zarýadlanar, şeýlelik bilen wodorod baglanyşygynyň baglanyşygynyň öňüni alar. PAA-nyň ionlaşma derejesi belli bir derejä ýetende, PAA LBL-de wodorod baglanyşygynyň akseptorlary bolan plyonkada ýygnanyp bilmedi.
Plýonkanyň galyňlygy erginiň pH-nyň ýokarlanmagy bilen pese gaçdy we ph2.5 HPC/PAA we pH3.0-3.5 HPC/PAA-da plýonkanyň galyňlygy birden pese gaçdy. HPC/PAA-nyň kritiki nokady pH takmynan 3.5, HEC/PAA-nyňky bolsa 3.0 töweregi. Bu, ýygnalýan erginiň pH-y 3.5-den ýokary bolanda, HPC/PAA plýonkasynyň emele gelip bilmejekdigini we erginiň pH-y 3.0-den ýokary bolanda, HEC/PAA plýonkasynyň emele gelip bilmejekdigini aňladýar. HPC/PAA membranasynyň wodorod baglanyşygynyň kompleksleşmesiniň ýokary derejesi sebäpli, HPC/PAA membranasynyň kritiki pH gymmaty HEC/PAA membranasynyňkydan ýokarydyr. Duzsuz erginde HEC/PAA, MC/PAA we HPC/PAA tarapyndan emele getirilen kompleksleriň kritiki pH gymmatlary degişlilikde 2.9, 3.2 we 3.7 töweregi boldy. HPC/PAA-nyň kritiki pH derejesi HEC/PAA-nyňkydan ýokarydyr, bu bolsa LBL membranasynyňky bilen gabat gelýär.
CE/PAA membranasynyň suw siňdiriş ukyby:
CES gidroksil toparlaryna baý, şonuň üçin ol suwy gowy siňdirýär we suwy saklaýar. Mysal hökmünde HEC/PAA membranasyny alyp, wodorod bilen baglanyşykly CE/PAA membranasynyň daşky gurşawdaky suwa adsorbsiýa ukyby öwrenildi. Spektral interferometriýa bilen häsiýetlendirilýän bu membrananyň galyňlygy, plýonka suwy siňdirende artýar. Suw siňdiriş deňagramlylygyna ýetmek üçin, ol 24 sagatlap 25°C-de sazlanyp bilýän çygly gurşawa goýuldy. Çyglylygy doly aýyrmak üçin plýonkalar 24 sagatlap wakuum peçde (40°C) guradyldy.
Çyglylyk ýokarlananda, plýonka goýalýar. 30%-50% pes çyglylyk sebitinde galyňlygyň ösüşi deňeşdirme boýunça haýal bolýar. Çyglylyk 50% -den geçende, galyňlyk çalt ösýär. Wodorod bilen baglanyşykly PVPON/PAA membranasy bilen deňeşdirilende, HEC/PAA membranasy daşky gurşawdan has köp suwy özüne çekip bilýär. 70% (25°C) otnositel çyglylyk şertinde PVPON/PAA plýonkasynyň goýalma aralygy takmynan 4%, HEC/PAA plýonkasynyňky bolsa takmynan 18% -e ýetýär. Netijeler HEC/PAA ulgamynda belli bir mukdarda OH toparlary wodorod baglanyşyklarynyň emele gelmegine gatnaşsa-da, daşky gurşawda suw bilen özara täsirleşýän OH toparlarynyň ep-esli sanynyň bardygyny görkezdi. Şonuň üçin HEC/PAA ulgamynyň suwy gowy özüne çekip bilýän häsiýetleri bar.
netijede
(1) CE we PAA-nyň iň ýokary wodorod baglanyşygy derejesine eýe bolan HPC/PAA ulgamy olaryň arasynda iň çalt ösüşe eýedir, MC/PAA ortada, HEC/PAA bolsa iň pes derejede.
(2) HEC/PAA plýonkasy taýýarlyk prosesinde çyzykly ösüş režimini görkezdi, beýleki iki plýonka bolsa MC/PAA we HPC/PAA ilkinji birnäçe siklde eksponensial ösüş görkezdi we soňra çyzykly ösüş režimine öwrüldi.
(3) CE/PAA plýonkasynyň ösüşi erginiň pH derejesine güýçli baglydyr. Eritiniň pH derejesi onuň kritiki nokadyndan ýokary bolanda, PAA we CE plýonkada ýygnanyp bilmeýärler. Ýygnalan CE/PAA membranasy ýokary pH erginde ereýärdi.
(4) CE/PAA plýonkasy OH we COOH-a baý bolany üçin, ýylylyk bilen işlenilmegi ony özara baglanyşykly edýär. Özara baglanyşykly CE/PAA membranasy gowy durnuklylyga eýedir we ýokary pH erginlerinde eremeýär.
(5) CE/PAA plýonkasy daşky gurşawda suw üçin gowy adsorbsiýa ukybyna eýedir.
Ýerleşdirilen wagty: 2023-nji ýylyň 18-nji fewraly