Esplora Fono
Kiel natura, abunda kaj renovigebla rimedo, celulozo renkontas grandajn defiojn en praktikaj aplikoj pro siaj ne-fandantaj kaj limigitaj solveblecoj. La alta kristaleco kaj alt-densecaj hidrogenaj ligoj en la celuloza strukturo igas ĝin degradi sed ne fandi dum la posedprocezo, kaj nesolvebla en akvo kaj la plej multaj organikaj solviloj. Iliaj derivaĵoj estas produktitaj per la esterigado kaj eterigado de la hidroksilgrupoj sur la anhidroglukozaj unuoj en la polimerĉeno, kaj elmontros kelkajn malsamajn trajtojn kompare kun natura celulozo. La eterigreago de celulozo povas generi multajn hidrosolveblajn celulozeterojn, kiel ekzemple metilcelulozo (MC), hidroksietilcelulozo (HEC) kaj hidroksipropilcelulozo (HPC), kiuj estas vaste uzitaj en manĝaĵo, kosmetikaĵoj, en farmaciaĵoj kaj medicino. Akvosolvebla CE povas formi hidrogen-ligitajn polimerojn kun policarboksilacidoj kaj polifenoloj.
Tavol-post-tavola asembleo (LBL) estas efika metodo por preparado de polimerkunmetitaj maldikaj filmoj. La sekvanta ĉefe priskribas la LBL-asembleon de tri malsamaj CEoj de HEC, MC kaj HPC kun PAA, komparas ilian kunigkonduton, kaj analizas la influon de anstataŭantoj sur LBL-asembleo. Esploru la efikon de pH sur filmdikeco, kaj la malsamajn diferencojn de pH sur filmformado kaj dissolvo, kaj evoluigu la akvosorbadpropraĵojn de CE/PAA.
Eksperimentaj Materialoj:
Poliakrila acido (PAA, Mw = 450,000). La viskozeco de 2wt.% akva solvaĵo de hidroksietilcelulozo (HEC) estas 300 mPa·s, kaj la grado de anstataŭigo estas 2.5. Metilcelulozo (MC, 2wt.% akva solvaĵo kun viskozeco de 400 mPa·s kaj grado de anstataŭigo de 1.8). Hidroksipropil-celulozo (HPC, 2wt.% akva solvaĵo kun viskozeco de 400 mPa·s kaj grado de anstataŭigo de 2.5).
Filmpreparo:
Preparita per likva kristala tavola asembleo sur silicio je 25 °C. La traktadmetodo de la glita matrico estas jena: trempi en acida solvaĵo (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) dum 30min, poste lavu per dejonigita akvo plurfoje ĝis la pH neŭtraliĝos, kaj finfine sekigi per pura nitrogeno. LBL-asembleo estas farita per aŭtomata maŝinaro. La substrato estis alterne trempita en CE-solvo (0.2 mg/mL) kaj PAA-solvo (0.2 mg/mL), ĉiu solvo estis trempita dum 4 min. Tri lavtrempoj de 1 min ĉiu en dejonigita akvo estis faritaj inter ĉiu solva trempado por forigi loze fiksitan polimeron. La pH-valoroj de la kunigsolvo kaj la lavsolvo estis ambaŭ alĝustigitaj al pH 2.0. La kiel-pretaj filmoj estas indikitaj kiel (CE/PAA) n, kie n indikas la kunigciklon. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 kaj (HPC/PAA)30 estis ĉefe pretaj.
Filma Karakterizado:
Preskaŭ normalaj reflektaj spektroj estis registritaj kaj analizitaj per NanoCalc-XR Ocean Optics, kaj la dikeco de filmoj deponitaj sur silicio estis mezurita. Kun malplena siliciosubstrato kiel la fono, la FT-IR-spektro de la maldika filmo sur la siliciosubstrato estis kolektita sur Nicolet 8700 infraruĝa spektrometro.
Hidrogenaj ligaj interagoj inter PAA kaj CEoj:
Asembleo de HEC, MC kaj HPC kun PAA en LBL-filmojn. La infraruĝaj spektroj de HEC/PAA, MC/PAA kaj HPC/PAA estas montritaj en la figuro. La fortaj IR-signaloj de PAA kaj CES povas esti klare observitaj en la IR-spektroj de HEC/PAA, MC/PAA kaj HPC/PAA. FT-IR-spektroskopio povas analizi la hidrogenligan komplekson inter PAA kaj CES monitorante la ŝanĝon de karakterizaj sorbadgrupoj. La hidrogena ligo inter CES kaj PAA plejparte okazas inter la hidroksila oksigeno de CES kaj la COOH-grupo de PAA. Post kiam la hidrogena ligo estas formita, la streĉa pinto ruĝeco ŝanĝiĝas al la malaltfrekvenca direkto.
Pinto de 1710 cm-1 estis observita por pura PAA-pulvoro. Kiam poliakrilamido estis kunvenita en filmojn kun malsamaj CEoj, la pintoj de HEC/PAA, MC/PAA kaj MPC/PAA-filmoj situis ĉe 1718 cm-1, 1720 cm-1 kaj 1724 cm-1, respektive. Kompare kun pura PAA-pulvoro, la pintaj longoj de HPC/PAA, MC/PAA kaj HEC/PAA-filmoj ŝanĝiĝis je 14, 10 kaj 8 cm−1, respektive. La hidrogena ligo inter la etera oksigeno kaj COOH interrompas la hidrogenan ligon inter la COOH-grupoj. Ju pli da hidrogenaj ligoj formiĝis inter PAA kaj CE, des pli granda la pintŝanĝo de CE/PAA en IR-spektroj. HPC havas la plej altan gradon da hidrogenliga kompleksigo, PAA kaj MC estas en la mezo, kaj HEC estas la plej malsupra.
Kreskonduto de sintezaj filmoj de PAA kaj CEoj:
La filmforma konduto de PAA kaj CEoj dum LBL-asembleo estis esplorita uzante QCM kaj spektran interferometrion. QCM estas efika por monitori filmkreskon surloke dum la unuaj malmultaj kunigcikloj. Spektraj interferometroj taŭgas por filmoj kreskigitaj dum 10 cikloj.
La HEC/PAA-filmo montris linian kreskon dum la LBL-kunigprocezo, dum la MC/PAA kaj HPC/PAA-filmoj montris eksponencan kreskon en la fruaj stadioj de kunigo kaj tiam transformita en linian kreskon. En la linia kreskregiono, ju pli alta estas la grado de kompleksigo, des pli granda estas la dikeco-kresko per asembla ciklo.
Efiko de solva pH sur filmkresko:
La pH-valoro de la solvaĵo influas la kreskon de la hidrogena ligita polimera kunmetaĵfilmo. Kiel malforta polielektrolito, PAA estos jonigita kaj negative ŝargita kiam la pH de la solvo pliiĝas, tiel malhelpante hidrogenligan asocion. Kiam la grado da jonigo de PAA atingis certan nivelon, PAA ne povis kunveni en filmon kun hidrogenligaj akceptantoj en LBL.
La filmdikeco malpliiĝis kun la pliiĝo de solva pH, kaj la filmdikeco malpliiĝis subite ĉe pH2.5 HPC/PAA kaj pH3.0-3.5 HPC/PAA. La kritika punkto de HPC/PAA estas proksimume pH 3.5, dum tiu de HEC/PAA estas proksimume 3.0. Ĉi tio signifas, ke kiam la pH de la kunigsolvo estas pli alta ol 3.5, la HPC/PAA-filmo ne povas esti formita, kaj kiam la pH de la solvo estas pli alta ol 3.0, la HEC/PAA-filmo ne povas esti formita. Pro la pli alta grado de hidrogenliga kompleksigo de HPC/PAA-membrano, la kritika pH-valoro de HPC/PAA-membrano estas pli alta ol tiu de HEC/PAA-membrano. En sensa solvaĵo, la kritikaj pH-valoroj de la kompleksoj formitaj de HEC/PAA, MC/PAA kaj HPC/PAA estis proksimume 2.9, 3.2 kaj 3.7, respektive. La kritika pH de HPC/PAA estas pli alta ol tiu de HEC/PAA, kiu estas kongrua kun tiu de LBL-membrano.
Akvosorbada agado de CE/PAA-membrano:
CES estas riĉa je hidroksilaj grupoj tiel ke ĝi havas bonan akvosorbadon kaj akvoretenon. Prenante HEC/PAA-membranon kiel ekzemplon, la adsorbadkapacito de hidrogen-ligita CE/PAA-membrano al akvo en la medio estis studita. Karakterizita per spektra interferometrio, la filmdikeco pliiĝas kiam la filmo absorbas akvon. Ĝi estis metita en medion kun alĝustigebla humideco je 25 °C dum 24 horoj por atingi akvosorban ekvilibron. La filmoj estis sekigitaj en vakua forno (40 °C) dum 24 h por tute forigi la humidon.
Kiam la humideco pliiĝas, la filmo dikiĝas. En la areo de malalta humideco de 30% -50%, la dika kresko estas relative malrapida. Kiam la humido superas 50%, la dikeco kreskas rapide. Kompare kun la hidrogen-ligita PVPON/PAA-membrano, la HEC/PAA-membrano povas sorbi pli da akvo de la medio. Sub la kondiĉo de relativa humideco de 70% (25 °C), la densiga gamo de PVPON/PAA-filmo estas ĉirkaŭ 4%, dum tiu de HEC/PAA-filmo estas tiom alta kiel ĉirkaŭ 18%. La rezultoj montris ke kvankam certa kvanto de OH-grupoj en la HEC/PAA-sistemo partoprenis en la formado de hidrogenaj ligoj, ekzistis daŭre konsiderinda nombro da OH-grupoj interagante kun akvo en la medio. Tial, la HEC/PAA-sistemo havas bonajn akvosorbadpropraĵojn.
konklude
(1) La HPC/PAA-sistemo kun la plej alta hidrogena ligo grado de CE kaj PAA havas la plej rapidan kreskon inter ili, MC/PAA estas en la mezo, kaj HEC/PAA estas la plej malalta.
(2) La HEC/PAA-filmo montris linearan kreskoreĝimon dum la preparprocezo, dum la aliaj du filmoj MC/PAA kaj HPC/PAA montris eksponencan kreskon en la unuaj malmultaj cikloj, kaj tiam transformitaj en linearan kreskoreĝimon.
(3) La kresko de CE/PAA-filmo havas fortan dependecon de la solva pH. Kiam la solv pH estas pli alta ol ĝia kritika punkto, PAA kaj CE ne povas kunveni en filmon. La kunvenita CE/PAA-membrano estis solvebla en altaj pH-solvoj.
(4) Ĉar la filmo CE/PAA estas riĉa je OH kaj COOH, varmeca traktado faras ĝin krucligite. La kruc-ligita CE/PAA-membrano havas bonan stabilecon kaj estas nesolvebla en altaj pH-solvoj.
(5) La filmo CE/PAA havas bonan adsorban kapablon por akvo en la medio.
Afiŝtempo: Feb-18-2023