Тикшеренү тарихы
Табигый, мул һәм яңартыла торган ресурс буларак, целлюлоза эремәүчәнлеге һәм чикләнгән эрүчәнлеге аркасында гамәли кулланылышта зур кыенлыклар белән очраша. Целлюлоза структурасындагы югары кристалллык һәм югары тыгызлыктагы водород бәйләнешләре аны таркатуга китерә, ләкин тоту процессында эрми, һәм суда һәм күпчелек органик эреткечләрдә эреми. Аларның туындылары полимер чылбырындагы ангидраглюкоза берәмлекләрендәге гидроксил төркемнәренең этерификациясе һәм этерификациясе нәтиҗәсендә барлыкка килә һәм табигый целлюлоза белән чагыштырганда кайбер төрле үзенчәлекләр күрсәтәчәк. Целлюлозаның этерификация реакциясе күп суда эри торган целлюлоза эфирларын, мәсәлән, метилцеллюлоза (MC), гидроксиэтилцеллюлоза (HEC) һәм гидроксипропилцеллюлоза (HPC) барлыкка китерә ала, алар азык-төлек, косметика, фармацевтика һәм медицинада киң кулланыла. Суда эри торган CE поликарбон кислоталары һәм полифеноллар белән водород бәйләнешле полимерлар барлыкка китерә ала.
Катлам-катлам җыю (LBL) - полимер композит юка пленкалар әзерләү өчен нәтиҗәле ысул. Түбәндә, нигездә, HEC, MC һәм HPC өч төрле CE'ның PAA белән LBL җыюы тасвирлана, аларның җыю үзенчәлекләре чагыштырыла һәм алмаштыручыларның LBL җыюга йогынтысы анализлана. Пленка калынлыгына pH'ның йогынтысын һәм пленка формалашуына һәм эрүенә pH'ның төрле аермаларын тикшерегез, һәм CE/PAA'ның су сеңдерү үзлекләрен эшләгез.
Эксперименталь материаллар:
Полиакрил кислотасы (PAA, Mw = 450,000). Гидроксиэтилцеллюлозаның (HEC) 2 авырлык % сулы эремәсенең ябышлыгы 300 мПа·с, ә алыштыру дәрәҗәсе 2,5. Метилцеллюлоза (MC, ябышлыгы 400 мПа·с һәм алыштыру дәрәҗәсе 1,8 булган 2 авырлык % сулы эремә). Гидроксипропилцеллюлоза (HPC, ябышлыгы 400 мПа·с һәм алыштыру дәрәҗәсе 2,5 булган 2 авырлык % сулы эремә).
Фильм әзерләү:
25°C температурада кремний өстендә сыек кристалл катламы җыю юлы белән әзерләнә. Слайд матрицасын эшкәртү ысулы түбәндәгечә: кислота эремәсендә (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 минут чылатыгыз, аннары pH нейтральләшкәнче берничә тапкыр деионизацияләнгән су белән чайкатыгыз һәм ахырда саф азот белән киптерегез. LBL җыю автоматик җайланмалар ярдәмендә башкарыла. Субстрат чиратлашып CE эремәсендә (0,2 мг/мл) һәм PAA эремәсендә (0,2 мг/мл) чылатылды, һәр эремә 4 минут чылатылды. Йомшак ябышкан полимерны алу өчен һәр эремә чылату арасында деионизацияләнгән суда 1 минуттан өч тапкыр чайкау үткәрелде. Җыю эремәсенең һәм чайкау эремәсенең pH кыйммәтләре рН 2,0 га көйләнде. Әзерләнгән пленкалар (CE/PAA)n дип билгеләнә, монда n җыю циклын күрсәтә. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 һәм (HPC/PAA)30 нигездә әзерләнде.
Фильм характеристикасы:
NanoCalc-XR Ocean Optics ярдәмендә нормальгә якын чагылыш спектрлары теркәлде һәм анализланды, һәм кремнийга урнаштырылган пленкаларның калынлыгы үлчәнде. Фон буларак буш кремний субстраты белән, кремний субстратындагы юка пленканың FT-IR спектры Nicolet 8700 инфракызыл спектрометрында җыелды.
PAA һәм CE арасындагы водород бәйләнешләре:
HEC, MC һәм HPCны PAA белән LBL пленкаларына җыю. HEC/PAA, MC/PAA һәм HPC/PAA инфракызыл спектрлары рәсемдә күрсәтелгән. PAA һәм CESның көчле ИҚ сигналларын HEC/PAA, MC/PAA һәм HPC/PAA ИҚ спектрларында ачык күзәтергә мөмкин. FT-IR спектроскопиясе PAA һәм CES арасындагы водород бәйләнеше комплекслашуын характерлы абсорбция полосаларының күчешен күзәтеп анализлый ала. CES һәм PAA арасындагы водород бәйләнеше, нигездә, CES гидроксил кислороды һәм PAAның COOH төркеме арасында бара. Водород бәйләнеше барлыкка килгәннән соң, сузу пигы кызылы түбән ешлык юнәлешенә күчә.
Саф PAA порошогы өчен 1710 см-1 пигы күзәтелде. Полиакриламид төрле CE белән пленкаларга җыелганда, HEC/PAA, MC/PAA һәм MPC/PAA пленкаларының пиклары 1718 см-1, 1720 см-1 һәм 1724 см-1 урыннарында урнашкан. Саф PAA порошогы белән чагыштырганда, HPC/PAA, MC/PAA һәм HEC/PAA пленкаларының пик озынлыклары 14, 10 һәм 8 см−1 га күчкән. Эфир кислород һәм COOH арасындагы водород бәйләнеше COOH төркемнәре арасындагы водород бәйләнешен өзә. PAA һәм CE арасында водород бәйләнешләре күбрәк барлыкка килгән саен, IC спектрларында CE/PAA пик күчүе зуррак була. HPC водород бәйләнеше комплекслашуының иң югары дәрәҗәсенә ия, PAA һәм MC уртада, ә HEC иң түбән.
PAA һәм CE композит пленкаларының үсеш үзенчәлекләре:
LBL җыю вакытында PAA һәм CEларның пленка формалаштыру үз-үзен тотышы QCM һәм спектраль интерферометрия ярдәмендә тикшерелде. QCM беренче берничә җыю циклы вакытында пленка үсешен урында күзәтү өчен нәтиҗәле. Спектраль интерферометрлар 10 циклдан артык үскән пленкалар өчен яраклы.
HEC/PAA пленкасы LBL җыю процессында сызыклы үсеш күрсәтте, ә MC/PAA һәм HPC/PAA пленкалары җыюның башлангыч этапларында экспоненциаль үсеш күрсәттеләр һәм аннары сызыклы үсешкә әверелделәр. Сызыклы үсеш өлкәсендә комплекслашу дәрәҗәсе югарырак булган саен, җыю циклы буенча калынлык үсеше дә зуррак.
Эремәнең pH күләменең пленка үсешенә йогынтысы:
Эретмәнең рН кыйммәте водород бәйләнешле полимер композит пленкасының үсешенә тәэсир итә. Көчсез полиэлектролит буларак, PAA эремәнең рН кыйммәте арткан саен ионлашачак һәм тискәре зарядланачак, шуның белән водород бәйләнеше бәйләнешен тоткарлый. PAA ионлашу дәрәҗәсе билгеле бер дәрәҗәгә җиткәч, PAA LBL да водород бәйләнеше акцепторлары булган пленкага җыела алмый.
Пленка калынлыгы эремәнең pH арту белән кимеде, һәм пленка калынлыгы pH2,5 HPC/PAA һәм pH3,0-3,5 HPC/PAA булганда кинәт кимеде. HPC/PAA критик ноктасы якынча pH 3,5 тәшкил итә, ә HEC/PAA ныкы якынча 3,0. Бу җыю эремәсенең pH 3,5 тан югарырак булганда, HPC/PAA пленкасы барлыкка килә алмый дигәнне аңлата, ә эремәнең pH 3,0 тан югарырак булганда, HEC/PAA пленкасы барлыкка килә алмый. HPC/PAA мембранасының водород бәйләнеше комплекслашу дәрәҗәсе югарырак булу сәбәпле, HPC/PAA мембранасының критик pH кыйммәте HEC/PAA мембранасына караганда югарырак. Тозсыз эремәдә HEC/PAA, MC/PAA һәм HPC/PAA тарафыннан барлыкка китерелгән комплексларның критик pH кыйммәтләре якынча 2,9, 3,2 һәм 3,7 тәшкил итте. HPC/PAA критик рН HEC/PAA га караганда югарырак, бу LBL мембранасы белән туры килә.
CE/PAA мембранасының су сеңдерү күрсәткечләре:
CES гидроксил төркемнәренә бай, шуңа күрә ул суны яхшы сеңдерә һәм саклый. Мисал итеп, HEC/PAA мембранасын алып, водород белән бәйләнгән CE/PAA мембранасының мохиттәге суга адсорбцияләү сәләте өйрәнелде. Спектраль интерферометрия белән характерланганча, пленка калынлыгы пленка суны сеңдергән саен арта. Су сеңдерү тигезлегенә ирешү өчен, ул 24 сәгать дәвамында 25°C температурада көйләнерлек дымлы мохиткә урнаштырылды. Дымны тулысынча бетерү өчен пленкалар 24 сәгать дәвамында вакуум мичендә (40°C) киптерелде.
Дымлылык арткан саен, пленка калыная. 30%-50% лы түбән дымлылык өлкәсендә калынлык үсеше чагыштырмача акрын бара. Дымлылык 50% тан артканда, калынлык тиз арта. Водород белән бәйләнешле PVPON/PAA мембранасы белән чагыштырганда, HEC/PAA мембранасы мохиттән күбрәк суны сеңдерә ала. Чагыштырма дымлылык 70% (25°C) шартларында, PVPON/PAA пленкасының калынаю диапазоны якынча 4% тәшкил итә, ә HEC/PAA пленкасынкы якынча 18% ка кадәр җитә. Нәтиҗәләр күрсәткәнчә, HEC/PAA системасында билгеле бер күләмдә OH төркемнәре водород бәйләнешләре формалашуында катнашса да, мохиттә су белән үзара бәйләнештә булган OH төркемнәре шактый күп булган. Шуңа күрә HEC/PAA системасы яхшы су сеңдерү үзлекләренә ия.
йомгаклап әйткәндә
(1) CE һәм PAA водород бәйләнеше дәрәҗәсе иң югары булган HPC/PAA системасы алар арасында иң тиз үсешкә ия, MC/PAA уртада, ә HEC/PAA иң түбәндә.
(2) HEC/PAA пленкасы әзерлек процессында сызыклы үсеш режимын күрсәтте, ә башка ике пленка, MC/PAA һәм HPC/PAA, беренче берничә циклда экспоненциаль үсеш күрсәттеләр, аннары сызыклы үсеш режимына әверелделәр.
(3) CE/PAA пленкасының үсеше эремәнең pH дәрәҗәсенә нык бәйле. Эремәнең pH дәрәҗәсе үзенең критик ноктасыннан югарырак булганда, PAA һәм CE пленкага җыела алмый. Җыелган CE/PAA мембранасы югары pH дәрәҗәле эремәләрдә эри.
(4) CE/PAA пленкасы OH һәм COOH га бай булганлыктан, җылылык белән эшкәртү аны аркылы бәйләнешле итә. аркылы бәйләнешле CE/PAA мембранасы яхшы тотрыклылыкка ия һәм югары рН эремәләрендә эреми.
(5) CE/PAA пленкасы мохиттә суны яхшы адсорбцияли.
Бастырылган вакыты: 2023 елның 18 феврале