צעלולאָז עטער/פּאָליאַקריליק זויער הידראָגען באַנדינג פילם

פאָרשונג הינטערגרונט

אלס א נאטירלעכע, שעפעדיגע און באנייבארע רעסורס, טרעפט צעלולאָזע גרויסע שוועריקייטן אין פראקטישע אנווענדונגען צוליב אירע נישט-שמעלצנדיקע און באגרענעצטע לייזלעכקייט אייגנשאפטן. די הויכע קריסטאַליניטי און הויך-דענסיטי וואַסערשטאָף בונדן אין דער צעלולאָזע סטרוקטור מאַכן עס דעגראַדירן אָבער נישט שמעלצן בעת ​​דעם פאַרמעגן פּראָצעס, און נישט לייזלעך אין וואַסער און רובֿ אָרגאַנישע סאָלווענטן. זייערע דעריוואַטיוון ווערן פּראָדוצירט דורך די עסטעריפיקאַציע און עטעריפיקאַציע פון ​​די הידראָקסיל גרופּעס אויף די אַנהידראָגלוקאָזע איינהייטן אין דער פּאָלימער קייט, און וועלן ווייַזן עטלעכע אַנדערע אייגנשאַפטן קאַמפּערד מיט נאַטירלעכע צעלולאָזע. די עטעריפיקאַציע רעאַקציע פון ​​צעלולאָזע קען דזשענערירן פילע וואַסער-לייזלעכע צעלולאָזע עטערס, אַזאַ ווי מעטיל צעלולאָזע (MC), הידראָקסיעטיל צעלולאָזע (HEC) און הידראָקסיפּראָפּיל צעלולאָזע (HPC), וואָס זענען וויידלי געניצט אין עסן, קאָסמעטיקס, אין פאַרמאַסוטיקאַלז און מעדיצין. וואַסער-לייזלעכע CE קען פאָרמען וואַסערשטאָף-געבונדענע פּאָלימערן מיט פּאָליקאַרבאָקסיל זויערן און פּאָליפענאָלס.

שיכט-ביי-שיכט אסעמבלי (LBL) איז אן עפעקטיווער מעטאד פארן צוגרייטן פאלימער קאמפאזיט דין פילמען. די פאלגענדע באשרייבט הויפטזעכליך די LBL אסעמבלי פון דריי פארשידענע CEs פון HEC, MC און HPC מיט PAA, פארגלייכט זייער אסעמבלי אויפפירונג, און אנאליזירט דעם איינפלוס פון סובסטיטוענטן אויף LBL אסעמבלי. אויספארשט דעם איינפלוס פון pH אויף פילם גרעב, און די פארשידענע אונטערשיידן פון pH אויף פילם פארמאציע און אויפלעזונג, און אנטוויקלט די וואסער אבסארבציע אייגנשאפטן פון CE/PAA.

עקספּערימענטאַלע מאַטעריאַלן:

פּאָליאַקריליק זויער (PAA, Mw = 450,000). די וויסקאָסיטי פון אַ 2wt.% וואַסעריקער לייזונג פון הידראָקסיעטילצעליאַלאָז (HEC) איז 300 mPa·s, און דער גראַד פון סאַבסטיטוציע איז 2.5. מעטילצעליאַלאָז (MC, אַ 2wt.% וואַסעריקער לייזונג מיט אַ וויסקאָסיטי פון 400 mPa·s און אַ גראַד פון סאַבסטיטוציע פון ​​1.8). הידראָקסיפּראָפּיל צעליאַלאָז (HPC, אַ 2wt.% וואַסעריקער לייזונג מיט אַ וויסקאָסיטי פון 400 mPa·s און אַ גראַד פון סאַבסטיטוציע פון ​​2.5).

פילם צוגרייטונג:

צוגעגרייט דורך פליסיק קריסטאַל שיכט פֿאַרזאַמלונג אויף סיליקאָן ביי 25°C. די באַהאַנדלונג מעטאָדע פון ​​די סלייד מאַטריץ איז ווי גייט: ווייקן אין זויער לייזונג (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) פֿאַר 30 מינוט, דערנאָך שווענקען מיט דעיאָניזירט וואַסער עטלעכע מאָל ביז די pH ווערט נייטראַל, און לעסאָף טרוקן מיט ריין שטיקשטאָף. LBL פֿאַרזאַמלונג איז דורכגעפֿירט מיט אויטאָמאַטישע מאַשינערי. די סאַבסטראַט איז אָלטערנאַטיוולי ווייקן אין CE לייזונג (0.2 מג/מ"ל) און PAA לייזונג (0.2 מג/מ"ל), יעדע לייזונג איז געווען ווייקן פֿאַר 4 מינוט. דריי שווענקען ווייקס פון 1 מינוט יעדער אין דעיאָניזירט וואַסער זענען דורכגעפֿירט צווישן יעדער לייזונג ווייקן צו באַזייַטיקן לויז אַטאַטשט פּאָלימער. די pH ווערטן פון די פֿאַרזאַמלונג לייזונג און די שווענקען לייזונג זענען ביידע אַדזשאַסטיד צו pH 2.0. די ווי-צוגעגרייט פילמען זענען באַצייכנט ווי (CE/PAA)n, ווו n באַצייכנט די פֿאַרזאַמלונג ציקל. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 און (HPC/PAA)30 זענען דער הויפּט צוגעגרייט.

פילם כאַראַקטעריזאַציע:

כּמעט-נאָרמאַלע רעפלעקטאַנס ספּעקטראַ זענען רעקאָרדירט ​​און אַנאַליזירט געוואָרן מיט NanoCalc-XR Ocean Optics, און די גרעב פון די פילמען וואָס זענען אָפּגעלייגט געוואָרן אויף סיליקאָן איז געמאָסטן געוואָרן. מיט אַ ליידיקן סיליקאָן סאַבסטראַט ווי דער הינטערגרונט, איז דער FT-IR ספּעקטרום פון דעם דין פילם אויף דעם סיליקאָן סאַבסטראַט געזאַמלט געוואָרן אויף אַ Nicolet 8700 אינפֿראַרעד ספּעקטראָמעטער.

וואַסערשטאָף בונד ינטעראַקשאַנז צווישן PAA און CEs:

צוזאמענשטעלונג פון HEC, MC און HPC מיט PAA אין LBL פילמען. די אינפרארעד ספּעקטרא פון HEC/PAA, MC/PAA און HPC/PAA ווערן געוויזן אין דער פיגור. די שטארקע IR סיגנאלן פון PAA און CES קענען קלאר באמערקט ווערן אין די IR ספּעקטרא פון HEC/PAA, MC/PAA און HPC/PAA. FT-IR ספּעקטראָסקאָפּיע קען אנאליזירן די וואַסערשטאָף בונד קאָמפּלעקסאַציע צווישן PAA און CES דורך מאָניטאָרינג די פֿאַרשייבונג פון כאַראַקטעריסטישע אַבזאָרפּציע באַנדס. די וואַסערשטאָף בונד צווישן CES און PAA פּאַסירט דער הויפּט צווישן דעם הידראָקסיל זויערשטאָף פון CES און דער COOH גרופּע פון ​​PAA. נאָכדעם וואָס די וואַסערשטאָף בונד ווערט געשאַפֿן, פֿאַרשיבט זיך דער אויסשטרעקנדיקער שפּיץ רויט צו דער נידעריק-פֿרעקווענץ ריכטונג.

א שפּיץ פֿון 1710 cm-1 איז באַאָבאַכטעט געוואָרן פֿאַר ריינעם PAA פּודער. ווען פּאָליאַקרילאַמיד איז צוזאַמענגעשטעלט געוואָרן אין פֿילמען מיט פֿאַרשידענע CEs, זענען די שפּיצן פֿון HEC/PAA, MC/PAA און MPC/PAA פֿילמען געווען ביי 1718 cm-1, 1720 cm-1 און 1724 cm-1, בהתאמה. פֿאַרגליכן מיט ריינעם PAA פּודער, האָבן זיך די שפּיץ לענג פֿון HPC/PAA, MC/PAA און HEC/PAA פֿילמען פֿאַרשויבן מיט 14, 10 און 8 cm−1, בהתאמה. די וואַסערשטאָף בונד צווישן דעם עטער זויערשטאָף און COOH צעשטערט די וואַסערשטאָף בונד צווישן די COOH גרופּעס. וואָס מער וואַסערשטאָף בונדן ווערן געשאַפֿן צווישן PAA און CE, אַלץ גרעסער די שפּיץ פֿאַרשיבונג פֿון CE/PAA אין IR ספּעקטראַ. HPC האָט דעם העכסטן גראַד פֿון וואַסערשטאָף בונד קאָמפּלעקסאַציע, PAA און MC זענען אין מיטן, און HEC איז דער נידעריגסטער.

וואוקס נאַטור פון קאָמפּאָזיט פילמען פון PAA און CEs:

די פילם-פאָרמינג נאַטור פון PAA און CEs בעת LBL אַסעמבלי איז געווען אויסגעפאָרשט ניצן QCM און ספּעקטראַל ינטערפעראָמעטרי. QCM איז עפעקטיוו פֿאַר מאָניטאָרינג פילם וווּקס אין סיטו בעשאַס די ערשטע עטלעכע אַסעמבלי ציקלען. ספּעקטראַל ינטערפעראָמעטערס זענען פּאַסיק פֿאַר פילמען וואָס וואַקסן איבער 10 ציקלען.

דער HEC/PAA פילם האט געוויזן א לינעארן וואוקס איבערן גאנצן LBL אסעמבלי פראצעס, בשעת די MC/PAA און HPC/PAA פילמען האבן געוויזן אן עקספאנענציעלן וואוקס אין די פריע שטאפלען פון אסעמבלי און דערנאך טראנספארמירט אין א לינעארן וואוקס. אין דער לינעארער וואוקס געגנט, ווי העכער דער גראד פון קאמפלעקסאציע, אלץ גרעסער דער גרעב וואוקס פער אסעמבלי ציקל.

ווירקונג פון לייזונג pH אויף פילם וווּקס:

דער pH ווערט פון דער לייזונג ווירקט אויף דעם וואוקס פון דעם וואסערשטאף-געבונדענעם פאלימער קאמפאזיט פילם. אלס א שוואכער פאליעלעקטראליט, וועט PAA ווערן יאניזירט און נעגאטיוו געלאדנט ווען דער pH פון דער לייזונג וואקסט, דערמיט פארמינדערנדיג די וואסערשטאף בונד פארבינדונג. ווען דער גראד פון יאניזאציע פון ​​PAA האט דערגרייכט א געוויסן לעוועל, האט PAA נישט געקענט זיך צוזאמענשטעלן אין א פילם מיט וואסערשטאף בונד אקצעפטארן אין LBL.

די פילם גרעב איז געפאלן מיטן פארגרעסערן דעם לייזונג'ס pH, און די פילם גרעב איז פלוצלינג געפאלן ביי pH2.5 HPC/PAA און pH3.0-3.5 HPC/PAA. דער קריטישער פונקט פון HPC/PAA איז בערך pH 3.5, בשעת יענער פון HEC/PAA איז בערך 3.0. דאס מיינט אז ווען דער pH פון דער אסעמבלי לייזונג איז העכער ווי 3.5, קען דער HPC/PAA פילם נישט געשאפן ווערן, און ווען דער pH פון דער לייזונג איז העכער ווי 3.0, קען דער HEC/PAA פילם נישט געשאפן ווערן. צוליב דעם העכערן גראד פון וואסערשטאף בונד קאמפלעקסאציע פון ​​HPC/PAA מעמבראן, איז דער קריטישער pH ווערט פון HPC/PAA מעמבראן העכער ווי יענער פון HEC/PAA מעמבראן. אין א זאלץ-פרייער לייזונג, זענען די קריטישע pH ווערטן פון די קאמפלעקסן געשאפן דורך HEC/PAA, MC/PAA און HPC/PAA געווען בערך 2.9, 3.2 און 3.7, בהתאמה. דער קריטישער pH פון HPC/PAA איז העכער ווי יענער פון HEC/PAA, וואָס איז קאָנסיסטענט מיט יענער פון LBL מעמבראַן.

וואַסער אַבזאָרפּשאַן פאָרשטעלונג פון CE/ PAA מעמבראַנע:

CES איז רייך אין הידראָקסיל גרופּעס, אַזוי אַז עס האט גוטע וואַסער אַבזאָרפּציע און וואַסער ריטענשאַן. נעמענדיג HEC/PAA מעמבראַנע ווי אַ בייַשפּיל, איז די אַדסאָרפּציע קאַפּאַציטעט פון הידראָגען-געבונדן CE/PAA מעמבראַנע צו וואַסער אין דער סביבה געוואָרן שטודירט. כאַראַקטעריזירט דורך ספּעקטראַל ינטערפעראָמעטריע, די פילם גרעב פאַרגרעסערט זיך ווען דער פילם אַבזאָרבירט וואַסער. עס איז געשטעלט געוואָרן אין אַ סביבה מיט אַדזשאַסטאַבאַל הומידיטי ביי 25°C פֿאַר 24 שעה צו דערגרייכן וואַסער אַבזאָרפּציע גלייכגעוויכט. די פילמען זענען געטריקנט געוואָרן אין אַ וואַקוום אויוון (40 °C) פֿאַר 24 שעה צו גאָר באַזייַטיקן די נעץ.

ווי די הומידיטי וואקסט, ווערט די פילם דיקער. אין דער נידעריגער הומידיטי געגנט פון 30%-50%, איז די דיקקייט וואוקס רעלאטיוו שטייט. ווען די הומידיטי איבערשטייגט 50%, וואקסט די דיקקייט שנעל. אין פאַרגלייך מיט דער וואַסערשטאָף-געבונדענער PVPON/PAA מעמבראַנע, קען די HEC/PAA מעמבראַנע אַבזאָרבירן מער וואַסער פון דער סביבה. אונטער די באדינגונגען פון רעלאַטיווער הומידיטי פון 70% (25°C), איז דער פארדיקונגס-ראַנג פון PVPON/PAA פילם בערך 4%, בשעת יענע פון ​​HEC/PAA פילם איז אַזוי הויך ווי בערך 18%. די רעזולטאַטן האָבן געוויזן אַז כאָטש אַ געוויסע צאָל OH גרופּעס אין דער HEC/PAA סיסטעם האָבן זיך באַטייליקט אין דער פאָרמירונג פון וואַסערשטאָף בונדן, זענען נאָך געווען אַ באַטייטיקע צאָל OH גרופּעס וואָס האָבן אינטעראַקטירט מיט וואַסער אין דער סביבה. דעריבער, האָט די HEC/PAA סיסטעם גוטע וואַסער אַבזאָרפּציע אייגנשאַפטן.

אין מסקנא

(1) די HPC/PAA סיסטעם מיטן העכסטן וואַסערשטאָף בונד גראַד פון CE און PAA האט דעם שנעלסטן וואוקס צווישן זיי, MC/PAA איז אין מיטן, און HEC/PAA איז די נידעריגסטע.

(2) דער HEC/PAA פילם האט געוויזן א לינעארן וואוקס מאָדע איבערן גאנצן צוגרייטונג פּראָצעס, בשעת די אנדערע צוויי פילמען MC/PAA און HPC/PAA האבן געוויזן אן עקספּאָנענציעלן וואוקס אין די ערשטע פאר ציקלען, און דערנאך זיך פארוואנדלט אין א לינעארן וואוקס מאָדע.

(3) דער וואוקס פון CE/PAA פילם האט א שטארקע אפהענגיקייט אויף די לייזונג'ס pH. ווען די לייזונג'ס pH איז העכער ווי זיין קריטישער פונקט, קענען PAA און CE זיך נישט צוזאמענשטעלן אין א פילם. די צוזאמענגעשטעלטע CE/PAA מעמבראן איז געווען צעלאָזלעך אין הויך pH לייזונגען.

(4) ווייל דער CE/PAA פילם איז רייך אין OH און COOH, מאכט היץ באַהאַנדלונג עס קראָס-לינקד. די קראָס-לינקד CE/PAA מעמבראַנע האט גוטע פעסטקייט און איז נישט צעלאָזלעך אין הויך pH לייזונגען.

(5) די CE/PAA פילם האט גוטע אַדסאָרפּציע קאַפּאַציטעט פֿאַר וואַסער אין דער סביבה.