Tadqiqot tarixi
Tabiiy, mo'l-ko'l va qayta tiklanadigan resurs sifatida tsellyuloza erimaydigan va cheklangan eruvchanlik xususiyatlari tufayli amaliy qo'llanilishda katta qiyinchiliklarga duch keladi. Tsellyuloza tuzilishidagi yuqori kristallik va yuqori zichlikdagi vodorod bog'lanishlari uni parchalanishiga olib keladi, lekin egalik qilish jarayonida erimaydi va suvda va ko'pgina organik erituvchilarda erimaydi. Ularning hosilalari polimer zanjiridagi anhidroglikoza birliklaridagi gidroksil guruhlarining esterifikatsiyasi va efirifikatsiyasi orqali hosil bo'ladi va tabiiy tsellyuloza bilan solishtirganda ba'zi boshqa xususiyatlarni namoyish etadi. Tsellyulozaning eterifikatsiya reaksiyasi oziq-ovqat, kosmetika, farmatsevtika va tibbiyotda keng qo'llaniladigan metil tsellyuloza (MC), gidroksietil tsellyuloza (HEC) va gidroksipropil tsellyuloza (HPC) kabi ko'plab suvda eruvchan tsellyuloza efirlarini hosil qilishi mumkin. Suvda eruvchan CE polikarbon kislotalar va polifenollar bilan vodorod bog'langan polimerlarni hosil qilishi mumkin.
Qatlamma-qavat yig'ish (QQY) polimer kompozit yupqa plyonkalarni tayyorlashning samarali usuli hisoblanadi. Quyida asosan HEC, MC va HPC ning PAA bilan uch xil CE larining QQY yig'ilishi tasvirlangan, ularning yig'ilish xususiyatlari taqqoslangan va o'rinbosarlarning QQY yig'ilishiga ta'siri tahlil qilingan. PH ning plyonka qalinligiga ta'sirini va pH ning plyonka hosil bo'lishi va erishiga turli xil farqlarini o'rganing va CE/PAA ning suv yutish xususiyatlarini ishlab chiqing.
Eksperimental materiallar:
Poliakril kislotasi (PAA, Mw = 450,000). Gidroksietiltsellyulozaning (HEC) 2 og'irlikdagi % suvli eritmasining yopishqoqligi 300 mPa·s ni, almashtirish darajasi esa 2,5 ni tashkil qiladi. Metiltsellyuloza (MC, yopishqoqligi 400 mPa·s va almashtirish darajasi 1,8 bo'lgan 2 og'irlikdagi % suvli eritma). Gidroksipropiltsellyuloza (HPC, yopishqoqligi 400 mPa·s va almashtirish darajasi 2,5 bo'lgan 2 og'irlikdagi % suvli eritma).
Filmni tayyorlash:
25°C da kremniy ustiga suyuq kristall qatlamini yig'ish orqali tayyorlanadi. Slayd matritsasini qayta ishlash usuli quyidagicha: kislotali eritmada (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 daqiqa davomida namlang, so'ngra pH neytral bo'lguncha bir necha marta deionizatsiyalangan suv bilan yuving va nihoyat sof azot bilan quriting. LBL yig'ish avtomatik mashinalar yordamida amalga oshiriladi. Substrat navbat bilan CE eritmasida (0,2 mg/ml) va PAA eritmasida (0,2 mg/ml) namlangan, har bir eritma 4 daqiqa davomida namlangan. Bo'shashgan polimerni olib tashlash uchun har bir eritmani namlash o'rtasida deionizatsiyalangan suvda 1 daqiqadan uchta chayish amalga oshirildi. Yig'ish eritmasi va chayish eritmasining pH qiymatlari pH 2,0 ga sozlangan. Tayyorlangan plyonkalar (CE/PAA)n deb belgilanadi, bu yerda n yig'ish siklini bildiradi. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 va (HPC/PAA)30 asosan tayyorlangan.
Film xarakteristikasi:
Deyarli normal aks ettirish spektrlari NanoCalc-XR Ocean Optics yordamida qayd etildi va tahlil qilindi, shuningdek, kremniy ustiga qo'yilgan plyonkalarning qalinligi o'lchandi. Fon sifatida bo'sh kremniy substratidan foydalanib, kremniy substratidagi yupqa plyonkaning FT-IR spektri Nicolet 8700 infraqizil spektrometrida to'plandi.
PAA va CE o'rtasidagi vodorod bog'lanishlarining o'zaro ta'siri:
HEC, MC va HPC ni PAA bilan LBL plyonkalariga yig'ish. HEC/PAA, MC/PAA va HPC/PAA infraqizil spektrlari rasmda ko'rsatilgan. PAA va CES ning kuchli IQ signallarini HEC/PAA, MC/PAA va HPC/PAA ning IQ spektrlarida aniq kuzatish mumkin. FT-IR spektroskopiyasi xarakterli yutilish polosalarining siljishini kuzatish orqali PAA va CES o'rtasidagi vodorod bog'lanish komplekslashuvini tahlil qilishi mumkin. CES va PAA o'rtasidagi vodorod bog'lanishi asosan CES ning gidroksil kislorodi va PAA ning COOH guruhi o'rtasida sodir bo'ladi. Vodorod bog'lanishi hosil bo'lgandan so'ng, cho'zilish cho'qqisi qizil past chastotali yo'nalishga siljiydi.
Sof PAA kukuni uchun 1710 sm-1 cho'qqisi kuzatildi. Poliakrilamid turli CE larga ega plyonkalarga yig'ilganda, HEC/PAA, MC/PAA va MPC/PAA plyonkalarining cho'qqilari mos ravishda 1718 sm-1, 1720 sm-1 va 1724 sm-1 da joylashgan edi. Sof PAA kukuni bilan taqqoslaganda, HPC/PAA, MC/PAA va HEC/PAA plyonkalarining cho'qqi uzunliklari mos ravishda 14, 10 va 8 sm−1 ga siljidi. Efir kislorodi va COOH o'rtasidagi vodorod bog'lanishi COOH guruhlari orasidagi vodorod bog'lanishini buzadi. PAA va CE o'rtasida qancha ko'p vodorod bog'lanishi hosil bo'lsa, IR spektrlarida CE/PAA cho'qqisining siljishi shuncha katta bo'ladi. HPC vodorod bog'lanish komplekslanishining eng yuqori darajasiga ega, PAA va MC o'rtada, HEC esa eng past ko'rsatkichdir.
PAA va CE kompozit plyonkalarining o'sish xususiyati:
LBL yig'ish paytida PAA va CE larning plyonka hosil qilish xususiyati QCM va spektral interferometriya yordamida o'rganildi. QCM dastlabki bir nechta yig'ish sikllari davomida plyonka o'sishini joyida kuzatish uchun samarali hisoblanadi. Spektral interferometrlar 10 sikldan ortiq o'stirilgan plyonkalar uchun mos keladi.
HEC/PAA plyonkasi LBL yig'ish jarayonida chiziqli o'sishni ko'rsatdi, MC/PAA va HPC/PAA plyonkalari esa yig'ishning dastlabki bosqichlarida eksponensial o'sishni ko'rsatdi va keyin chiziqli o'sishga aylandi. Chiziqli o'sish mintaqasida komplekslanish darajasi qanchalik yuqori bo'lsa, har bir yig'ish siklida qalinlik o'sishi shuncha yuqori bo'ladi.
Eritma pH ning plyonka o'sishiga ta'siri:
Eritmaning pH qiymati vodorod bog'langan polimer kompozit plyonkasining o'sishiga ta'sir qiladi. Kuchsiz polielektrolit sifatida, eritmaning pH qiymati oshishi bilan PAA ionlanadi va manfiy zaryadlanadi, shu bilan vodorod bog'lanish assotsiatsiyasini inhibe qiladi. PAA ning ionlanish darajasi ma'lum darajaga yetganda, PAA LBL da vodorod bog'lanish akseptorlari bo'lgan plyonkaga yig'ila olmadi.
Eritma pH qiymatining oshishi bilan plyonka qalinligi pasaydi va plyonka qalinligi pH 2,5 HPC/PAA va pH 3,0-3,5 HPC/PAA da to'satdan pasaydi. HPC/PAA ning kritik nuqtasi pH 3,5 ga teng, HEC/PAA niki esa taxminan 3,0 ga teng. Bu shuni anglatadiki, yig'ish eritmasining pH qiymati 3,5 dan yuqori bo'lganda, HPC/PAA plyonkasi hosil bo'lmaydi va eritmaning pH qiymati 3,0 dan yuqori bo'lganda, HEC/PAA plyonkasi hosil bo'lmaydi. HPC/PAA membranasining vodorod bog'lanish komplekslashuvining yuqori darajasi tufayli HPC/PAA membranasining kritik pH qiymati HEC/PAA membranasinikidan yuqori. Tuzsiz eritmada HEC/PAA, MC/PAA va HPC/PAA tomonidan hosil qilingan komplekslarning kritik pH qiymatlari mos ravishda taxminan 2,9, 3,2 va 3,7 ni tashkil etdi. HPC/PAA ning kritik pH qiymati HEC/PAA ga qaraganda yuqori, bu LBL membranasining pH qiymatiga mos keladi.
CE/PAA membranasining suv yutish ko'rsatkichi:
CES gidroksil guruhlariga boy, shuning uchun u suvni yaxshi singdirish va suvni ushlab turish xususiyatiga ega. Misol tariqasida HEC/PAA membranasini olaylik, vodorod bilan bog'langan CE/PAA membranasining atrof-muhitdagi suvga adsorbsiya qobiliyati o'rganildi. Spektral interferometriya bilan tavsiflangan holda, plyonka suvni singdirishi bilan plyonka qalinligi oshadi. Suvni singdirish muvozanatiga erishish uchun u 24 soat davomida 25°C da sozlanishi mumkin bo'lgan namlikka ega muhitga joylashtirildi. Namlikni butunlay yo'qotish uchun plyonkalar vakuumli pechda (40°C) 24 soat davomida quritildi.
Namlik oshgani sayin, plyonka qalinlashadi. 30%-50% past namlik hududida qalinlik o'sishi nisbatan sekinlashadi. Namlik 50% dan oshganda, qalinlik tez o'sadi. Vodorod bilan bog'langan PVPON/PAA membranasi bilan solishtirganda, HEC/PAA membranasi atrof-muhitdan ko'proq suvni yutishi mumkin. Nisbiy namlik 70% (25°C) sharoitida PVPON/PAA plyonkasining qalinlashuv diapazoni taxminan 4% ni tashkil qiladi, HEC/PAA plyonkasiniki esa taxminan 18% gacha. Natijalar shuni ko'rsatdiki, HEC/PAA tizimidagi ma'lum miqdordagi OH guruhlari vodorod bog'lanishlarini shakllantirishda ishtirok etgan bo'lsa-da, atrof-muhitda suv bilan o'zaro ta'sir qiluvchi OH guruhlari hali ham ancha ko'p edi. Shuning uchun, HEC/PAA tizimi yaxshi suv yutish xususiyatlariga ega.
yakunida
(1) CE va PAA ning eng yuqori vodorod bog'lanish darajasiga ega bo'lgan HPC/PAA tizimi ular orasida eng tez o'sishga ega, MC/PAA o'rtada va HEC/PAA eng past ko'rsatkichga ega.
(2) HEC/PAA plyonkasi tayyorlash jarayonida chiziqli o'sish rejimini ko'rsatdi, qolgan ikkita plyonka MC/PAA va HPC/PAA esa dastlabki bir necha sikllarda eksponensial o'sishni ko'rsatdi va keyin chiziqli o'sish rejimiga o'tdi.
(3) CE/PAA plyonkasining o'sishi eritmaning pH qiymatiga kuchli bog'liq. Eritmaning pH qiymati uning kritik nuqtasidan yuqori bo'lganda, PAA va CE plyonkaga birikib bo'lmaydi. Yig'ilgan CE/PAA membranasi yuqori pH eritmalarida eriydi.
(4) CE/PAA plyonkasi OH va COOH ga boy bo'lgani uchun, issiqlik bilan ishlov berish uni o'zaro bog'langan qiladi. O'zaro bog'langan CE/PAA membranasi yaxshi barqarorlikka ega va yuqori pH eritmalarida erimaydi.
(5) CE/PAA plyonkasi atrof-muhitdagi suv uchun yaxshi adsorbsiya qobiliyatiga ega.
Nashr vaqti: 2023-yil 18-fevral