Fuerschung Hannergrond
Als natierlech, reichend an erneierbar Ressource begéint Cellulose grouss Erausfuerderungen a prakteschen Uwendungen wéinst senge net-schmëlzende a limitéierter Solubilitéitseigenschaften. Déi héich Kristallinitéit an d'Héichdicht Waasserstoffbindungen an der Cellulosestruktur maachen et degradéieren awer net während dem Besëtzprozess schmëlzen, an onopléisbar a Waasser an déi meescht organesch Léisungsmëttel. Hir Derivate ginn duerch d'Esterifizéierung an d'Etherifikatioun vun den Hydroxylgruppen op den Anhydroglucose-Eenheeten an der Polymerkette produzéiert, a wäerten e puer verschidden Eegeschaften am Verglach mat natierlechen Cellulose weisen. D'Etherifikatiounsreaktioun vu Cellulose kann vill Waasserlöslech Celluloseether generéieren, sou wéi Methylcellulose (MC), Hydroxyethylcellulose (HEC) an Hydroxypropylcellulose (HPC), déi wäit a Liewensmëttel, Kosmetik, a Medikamenter a Medizin benotzt ginn. Waasserlöslech CE ka Waasserstoffgebonne Polymere mat Polycarboxylsäuren a Polyphenole bilden.
Layer-by-Layer Assemblée (LBL) ass eng efficace Method fir dënn Polymer Composite Filmer ze preparéieren. Déi folgend beschreift haaptsächlech d'LBL Assemblée vun dräi verschiddene CEs vun HEC, MC an HPC mat PAA, vergläicht hir Assemblée Verhalen, an analyséiert den Afloss vun Substituenten op LBL Assemblée. Untersuchen den Effekt vum pH op Filmdicke, an déi verschidden Differenzen vum pH op Filmbildung an Opléisung, an entwéckelen d'Waasserabsorptiounseigenschaften vun CE / PAA.
Experimentell Material:
Polyacrylsäure (PAA, Mw = 450.000). D'Viskositéit vun 2wt.% wässerlech Léisung vun Hydroxyethylcellulose (HEC) ass 300 mPa·s, an de Grad vun der Substitutioun ass 2,5. Methylcellulose (MC, eng 2wt.% Waasserléisung mat enger Viskositéit vu 400 mPa·s an engem Substitutiounsgrad vun 1,8). Hydroxypropylcellulose (HPC, eng 2wt.% wässerlech Léisung mat enger Viskositéit vu 400 mPa·s an engem Substitutiounsgrad vun 2,5).
Film Virbereedung:
Preparéiert duerch flësseg Kristallschichtversammlung op Silizium bei 25 ° C. D'Behandlungsmethod vun der Slide Matrix ass wéi follegt: an enger sauer Léisung (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) fir 30min drénken, dann e puer Mol mat deioniséiertem Waasser spülen bis de pH neutral gëtt, a schliisslech mat purem Stickstoff dréchen. LBL Assemblée gëtt mat automatesche Maschinnen duerchgefouert. De Substrat gouf ofwiesselnd an CE-Léisung (0,2 mg / ml) an PAA-Léisung (0,2 mg / ml) getäuscht, all Léisung gouf fir 4 min. Dräi Spülen Soaks vun 1 min all an deioniséiertem Waasser goufen tëscht all Léisung Soak gemaach fir locker befestegt Polymer ze läschen. D'PH-Wäerter vun der Versammlungsléisung an der Spülléisung goufen allebéid op pH 2,0 ugepasst. D'preparéiert Filmer ginn als (CE/PAA)n bezeechent, wou n den Montagezyklus bezeechent. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 an (HPC/PAA)30 goufen haaptsächlech virbereet.
Film Charakteriséierung:
No-normale Reflexiounsspektre goufen opgeholl an analyséiert mat NanoCalc-XR Ocean Optics, an d'Dicke vun de Filmer, déi op Silizium deposéiert goufen, gouf gemooss. Mat engem eidele Siliziumsubstrat als Hannergrond gouf de FT-IR Spektrum vum dënnen Film um Siliziumsubstrat op engem Nicolet 8700 Infraroutspektrometer gesammelt.
Waasserstoffbindungsinteraktiounen tëscht PAA an CEs:
Assemblée vun HEC, MC an HPC mat PAA an LBL Filmer. D'Infraroutspektre vun HEC/PAA, MC/PAA an HPC/PAA ginn an der Figur gewisen. Déi staark IR Signaler vu PAA an CES kënne kloer an den IR Spektra vun HEC/PAA, MC/PAA an HPC/PAA observéiert ginn. FT-IR Spektroskopie kann d'Waasserstoffverbindungskomplexatioun tëscht PAA an CES analyséieren andeems d'Verschiebung vu charakteristesche Absorptiounsbänner iwwerwaacht gëtt. D'Waasserstoffverbindung tëscht CES a PAA geschitt haaptsächlech tëscht dem Hydroxyl Sauerstoff vu CES an der COOH Grupp vu PAA. Nodeems d'Waasserstoffbindung geformt ass, verännert sech de Stretching Peak rout an déi niddereg Frequenz Richtung.
E Peak vun 1710 cm-1 gouf fir pure PAA-Pulver observéiert. Wann polyacrylamide zu Filmer mat verschiddene CE zesummegefaasst, goufen d'Spëtze vun HEC / PAA, MC / PAA an MPC / PAA Filmer um 1718 cm-1, 1720 cm-1 an 1724 cm-1, respektiv lokaliséiert. Am Verglach mat pure PAA-Pulver hunn d'Spëtzelängten vun HPC / PAA, MC / PAA an HEC / PAA Filmer ëm 14, 10 an 8 cm-1 verréckelt. D'Waasserstoffverbindung tëscht dem Ether Sauerstoff an COOH ënnerbrach d'Waasserstoffverbindung tëscht den COOH Gruppen. Wat méi Waasserstoffbindungen tëscht PAA an CE geformt ginn, wat méi grouss ass d'Spëtzeverschiebung vum CE/PAA an IR Spektra. HPC huet den héchste Grad vu Waasserstoffbindungskomplexatioun, PAA a MC sinn an der Mëtt, an HEC ass deen niddregsten.
Wuesstumsverhalen vu Kompositfilmer vu PAA a CEs:
D'filmbildend Verhalen vu PAA an CEs während der LBL Assemblée gouf mat QCM a Spektralinterferometrie ënnersicht. QCM ass effektiv fir de Filmwachstum in situ während den éischte Montagezyklen ze iwwerwaachen. Spektral Interferometer si gëeegent fir Filmer déi iwwer 10 Zyklen ugebaut ginn.
Den HEC/PAA Film huet e linearem Wuesstum am ganzen LBL-Versammlungsprozess gewisen, während d'MC/PAA- an HPC/PAA-Filmer en exponentielle Wuesstum an de fréie Stadien vun der Assemblée weisen an dann an e linearem Wuesstum transforméiert hunn. An der linearer Wuesstumsregioun, wat méi héich de Grad vun der Komplexatioun ass, dest méi grouss ass den Dickewachstum pro Montagezyklus.
Effekt vun der Léisung pH op Film Wuesstem:
De pH-Wäert vun der Léisung beaflosst de Wuesstum vum Waasserstoff gebonnen Polymer Kompositfilm. Als schwaache Polyelektrolyt gëtt PAA ioniséiert an negativ gelueden wéi de pH vun der Léisung eropgeet, an doduerch d'Waasserstoffbindungsassociatioun hemmt. Wann de Grad vun der Ioniséierung vu PAA e gewëssen Niveau erreecht huet, konnt PAA net an e Film mat Waasserstoffbindungsacceptoren am LBL versammelen.
D'Filmdicke ass mat der Erhéijung vum pH vun der Léisung erofgaang, an d'Filmdicke ass plötzlech bei pH2.5 HPC /PAA an pH3.0-3.5 HPC /PAA erofgaang. De kritesche Punkt vun HPC/PAA ass ongeféier pH 3.5, während dee vun HEC/PAA ongeféier 3.0 ass. Dëst bedeit datt wann de pH vun der Versammlungsléisung méi héich ass wéi 3,5, kann den HPC / PAA Film net geformt ginn, a wann de pH vun der Léisung méi héich wéi 3,0 ass, kann den HEC / PAA Film net geformt ginn. Wéinst dem méi héije Grad vun der Waasserstoffbindungskomplexatioun vun der HPC/PAA Membran ass de kriteschen pH Wäert vun der HPC/PAA Membran méi héich wéi dee vun der HEC/PAA Membran. An Salz-gratis Léisung, déi kritesch pH Wäerter vun de Komplexe geformt duerch HEC /PAA, MC /PAA an HPC /PAA waren ongeféier 2,9, 3,2 an 3,7, respektiv. De kriteschen pH vun HPC/PAA ass méi héich wéi dee vun HEC/PAA, wat konsequent mat deem vun der LBL Membran ass.
Waasser Absorptioun Leeschtung vun CE / PAA Membran:
CES ass reich an Hydroxylgruppen sou datt et gutt Waasserabsorption a Waasserretentioun huet. HEC/PAA Membran als Beispill ze huelen, gouf d'Adsorptiounskapazitéit vun der Waasserstoff gebonnen CE/PAA Membran op Waasser an der Ëmwelt studéiert. Charakteriséiert duerch spektral Interferometrie, erhéicht d'Filmdicke wéi de Film Waasser absorbéiert. Et gouf an engem Ëmfeld mat justierbarer Fiichtegkeet bei 25 ° C fir 24 Stonnen plazéiert fir Waasserabsorptiouns Gläichgewiicht z'erreechen. D'Filmer goufen an engem Vakuumofen (40 °C) fir 24 Stonnen gedréchent fir d'Feuchtigkeit komplett ze entfernen.
Wéi d'Fiichtegkeet eropgeet, gëtt de Film verdickt. Am niddereg Fiichtegkeet Beräich vun 30% -50% ass d'Dicke Wuesstem relativ lues. Wann d'Fiichtegkeet méi wéi 50% iwwerschreift, wiisst d'Dicke séier. Am Verglach mat der Waasserstoff gebonnen PVPON / PAA Membran, kann d'HEC / PAA Membran méi Waasser aus der Ëmwelt absorbéieren. Ënnert dem Zoustand vun der relativer Fiichtegkeet vu 70% (25°C) ass d'Verdickungsberäich vum PVPON/PAA-Film ongeféier 4%, während dee vum HEC/PAA-Film esou héich ass wéi ongeféier 18%. D'Resultater weisen datt obwuel eng gewësse Quantitéit vun OH Gruppen am HEC/PAA System un der Bildung vu Waasserstoffbindungen deelgeholl hunn, et nach ëmmer eng bedeitend Unzuel vun OH Gruppen mat Waasser an der Ëmwelt interagéiert. Dofir huet den HEC / PAA System gutt Waasserabsorptiounseigenschaften.
zu Conclusioun
(1) Den HPC / PAA System mat dem héchste Waasserstoffverbindungsgrad vun CE a PAA huet de séierste Wuesstum tëscht hinnen, MC / PAA ass an der Mëtt, an HEC / PAA ass déi niddregst.
(2) Den HEC / PAA Film huet e linearem Wuesstumsmodus am ganze Virbereedungsprozess gewisen, während déi aner zwee Filmer MC / PAA an HPC / PAA en exponentielle Wuesstum an den éischte puer Zyklen gewisen hunn, an dann an e linearem Wuesstumsmodus transforméiert.
(3) De Wuesstum vum CE / PAA Film huet eng staark Ofhängegkeet vun der Léisung pH. Wann d'Léisung pH méi héich ass wéi säi kritesche Punkt, kënnen PAA an CE net an e Film versammelen. Déi versammelt CE / PAA Membran war soluble an héich pH Léisungen.
(4) Well den CE / PAA Film reich an OH a COOH ass, mécht d'Hëtztbehandlung et vernetzt. Déi vernetzt CE / PAA Membran huet gutt Stabilitéit an ass onopléisbar an héije pH Léisungen.
(5) Den CE / PAA Film huet gutt Adsorptiounskapazitéit fir Waasser an der Ëmwelt.
Post Zäit: Februar-18-2023