Sfondate di ricerca
Cum'è una risorsa naturale, abbundante è rinnuvevule, a cellulosa scontra grandi sfidi in l'applicazioni pratiche per via di e so proprietà di solubilità limitata è di non fusione. L'alta cristallinità è i ligami d'idrogenu d'alta densità in a struttura di cellulosa facenu a degradazione, ma ùn si funnu micca durante u prucessu di pussessu, è insolubile in acqua è a maiò parte di i solventi organici. I so derivati sò pruduciuti da l'esterificazione è l'eterificazione di i gruppi idrossilici nantu à l'unità di l'anhydroglucose in a catena di polimeru, è mostraranu alcune proprietà diffirenti cumparatu cù a cellulosa naturali. A reazione di eterificazione di a cellulosa pò generà parechji eteri di cellulosa solubile in acqua, cum'è metil cellulosa (MC), hydroxyethyl cellulosa (HEC) è hydroxypropyl cellulosa (HPC), chì sò largamente utilizati in l'alimentariu, i cosmichi, in i farmaceutichi è a medicina. CE soluble in acqua pò furmà polimeri liati à l'idrogenu cù acidi policarbossilici è polifenoli.
L'assemblea di strati per strati (LBL) hè un metudu efficace per a preparazione di filmi sottili di polimeru compostu. I seguenti descrive principalmente l'assemblea LBL di trè CE differenti di HEC, MC è HPC cù PAA, compara u so cumpurtamentu di assemblea, è analizeghja l'influenza di i sustituenti nantu à l'assemblea LBL. Investigate l'effettu di u pH nantu à u spessore di a film, è e diverse differenze di pH nantu à a furmazione è a dissoluzione di u film, è sviluppate e proprietà d'assorbimentu d'acqua di CE/PAA.
Materiali sperimentali:
Polyacrylic acid (PAA, Mw = 450 000). A viscosità di una soluzione acquosa 2wt.% di hydroxyethylcellulose (HEC) hè 300 mPa·s, è u gradu di sostituzione hè 2,5. Methylcellulose (MC, una soluzione aquosa 2wt.% cù una viscosità di 400 mPa·s è un gradu di sustituzzioni di 1,8). Idrossipropil cellulosa (HPC, una soluzione acquosa 2wt.% cù una viscosità di 400 mPa·s è un gradu di sustituzzioni di 2,5).
Preparazione di film:
Préparé par assemblage de couches de cristal liquide sur silicium à 25°C. U metudu di trattamentu di a matrice di diapositive hè u seguitu: immerge in una suluzione àcida (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) per 30min, poi sciacquate cù l'acqua deionizzata parechje volte finu à chì u pH diventa neutru, è infine seccu cù nitrogenu puro. L'assemblea LBL hè realizata cù machini automatichi. U sustrato hè stata alternata in a suluzione CE (0,2 mg / mL) è a suluzione PAA (0,2 mg / mL), ogni suluzione hè stata imbullata per 4 min. Trè risciacquati di 1 min ognunu in acqua deionizzata sò stati realizati trà ogni solu suluzione per caccià u polimeru appiccicatu. I valori di pH di a suluzione di assemblea è di a suluzione di risciacquatura sò stati rigulati à pH 2,0. I filmi cum'è preparati sò indicati cum'è (CE / PAA) n, induve n denota u ciclu di assemblea. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 è (HPC/PAA)30 sò stati preparati principalmente.
Caratterizazione di film:
Spettri di riflettanza quasi normale sò stati registrati è analizati cù NanoCalc-XR Ocean Optics, è u grossu di i filmi dipositati nantu à u siliciu hè statu misuratu. Cù un sustrato di siliciu biancu cum'è u sfondate, u spettru FT-IR di a film fina nantu à u sustrato di siliciu hè statu cullatu nantu à un spettrometru infrared Nicolet 8700.
Interazzioni di ligami di l'idrogenu trà PAA è CE:
Assemblamentu di HEC, MC è HPC cù PAA in film LBL. I spettri infrarossi di HEC/PAA, MC/PAA è HPC/PAA sò mostrati in a figura. I signali IR forti di PAA è CES ponu esse chjaramente osservati in i spettri IR di HEC / PAA, MC / PAA è HPC / PAA. A spettroscopia FT-IR pò analizà a cumplessazione di u ligame di l'idrogenu trà PAA è CES monitorendu u cambiamentu di bande di assorbimentu caratteristiche. U ligame di l'idrogenu trà CES è PAA si trova principalmente trà l'ossigenu hydroxyl di CES è u gruppu COOH di PAA. Dopu chì u ligame di l'idrogenu hè furmatu, u piccu di stretching rossu cambia à a direzzione di freccia bassa.
Un piccu di 1710 cm-1 hè statu osservatu per u polu PAA puru. Quandu a poliacrilamida hè stata assemblata in filmi cù CE differenti, i picchi di film HEC / PAA, MC / PAA è MPC / PAA sò stati situati à 1718 cm-1, 1720 cm-1 è 1724 cm-1, rispettivamente. In cunfrontu cù a polvera di PAA pura, e lunghezze di punta di i filmi HPC / PAA, MC / PAA è HEC / PAA si sò spostati da 14, 10 è 8 cm-1, rispettivamente. U ligame di l'idrogenu trà l'ossigenu etere è COOH interrompe u ligame di l'idrogenu trà i gruppi COOH. Quantu più ligami d'idrogenu si formanu trà PAA è CE, più grande hè u piccu shift di CE/PAA in spettri IR. L'HPC hà u più altu gradu di complexazione di ligami di l'idrogenu, PAA è MC sò in u mezu, è HEC hè u più bassu.
Cumportamentu di crescita di filmi compositi di PAA è CE:
U cumpurtamentu di furmazione di film di PAA è CE durante l'assemblea LBL hè statu investigatu cù QCM è interferometria spettrale. QCM hè efficace per monitorà a crescita di film in situ durante i primi ciculi di assemblea. L'interferometri spettrali sò adattati per i filmi cultivati annantu à 10 cicli.
A film HEC / PAA hà dimustratu una crescita lineale in tuttu u prucessu di assemblea LBL, mentre chì i filmi MC / PAA è HPC / PAA mostranu una crescita esponenziale in i primi fasi di l'assemblea è poi trasfurmatu in una crescita lineale. In a regione di crescita lineale, u più altu u gradu di cumplessazione, u più grande u crescita di grossu per ciclu di assemblea.
Effettu di u pH di a suluzione nantu à a crescita di film:
U valore di pH di a suluzione affetta a crescita di a film compostu di polimeru ligatu à l'idrogenu. Cum'è un polielettrolitu debule, PAA serà ionizatu è carica negativamente cum'è u pH di a suluzione aumenta, inibendu cusì l'associazione di ligami d'idrogenu. Quandu u gradu di ionizazione di PAA hà righjuntu un certu livellu, PAA ùn pudia micca assemblà in una film cù accettori di ligami d'idrogenu in LBL.
U grossu di a film diminuì cù l'aumentu di u pH di a suluzione, è u grossu di a film diminuì subitu à pH2.5 HPC/PAA è pH3.0-3.5 HPC/PAA. U puntu criticu di HPC/PAA hè di circa pH 3.5, mentri quellu di HEC/PAA hè di circa 3.0. Questu significa chì quandu u pH di a suluzione di l'assemblea hè più altu di 3,5, a film HPC / PAA ùn pò micca esse furmatu, è quandu u pH di a suluzione hè più altu di 3,0, a film HEC / PAA ùn pò micca esse furmatu. A causa di u più altu gradu di complexazione di ligami d'idrogenu di a membrana HPC / PAA, u valore di pH criticu di a membrana HPC / PAA hè più altu ch'è quellu di a membrana HEC / PAA. In a suluzione senza sali, i valori di pH critichi di i cumplessi formati da HEC/PAA, MC/PAA è HPC/PAA eranu circa 2.9, 3.2 è 3.7, rispettivamente. U pH criticu di HPC / PAA hè più altu di quellu di HEC / PAA, chì hè coherente cù quellu di a membrana LBL.
Prestazione di assorbimentu d'acqua di a membrana CE/PAA:
CES hè riccu in gruppi idrossilici in modu chì hà una bona assorbimentu d'acqua è a ritenzione d'acqua. Pigliendu a membrana HEC / PAA cum'è un esempiu, a capacità di adsorzione di a membrana CE / PAA ligata à l'idrogenu à l'acqua in l'ambiente hè stata studiata. Caratterizatu da l'interferometria spettrale, u grossu di a film aumenta cum'è a film assorbe l'acqua. Hè stata posta in un ambiente cun umidità regulabile à 25 ° C per 24 ore per ottene l'equilibriu di l'assorbimentu di l'acqua. I filmi sò stati secchi in un fornu vacuum (40 ° C) per 24 h per sguassà completamente l'umidità.
Quandu l'umidità aumenta, a film stende. In a zona di bassa umidità di 30% -50%, a crescita di grossu hè relativamente lenta. Quandu l'umidità supera u 50%, u grossu cresce rapidamente. Comparatu cù a membrana PVPON / PAA ligata à l'idrogenu, a membrana HEC / PAA pò assorbe più acqua da l'ambiente. Sutta a cundizione di umidità relativa di 70% (25 ° C), l'ingrossu di film PVPON / PAA hè di circa 4%, mentre chì di film HEC / PAA hè quantu à circa 18%. I risultati anu dimustratu chì ancu chì una certa quantità di gruppi OH in u sistema HEC / PAA hà participatu à a furmazione di ligami d'idrogenu, ci era ancu un numeru considerableu di gruppi OH chì interagiscenu cù l'acqua in l'ambiente. Per quessa, u sistema HEC / PAA hà boni proprietà di assorbimentu d'acqua.
in cunclusioni
(1) U sistema HPC / PAA cù u più altu gradu di ligame di l'idrogenu di CE è PAA hà a crescita più veloce trà elli, MC / PAA hè in mezu, è HEC / PAA hè u più bassu.
(2) U film HEC / PAA hà dimustratu un modu di crescita lineale in tuttu u prucessu di preparazione, mentri l'altri dui filmi MC / PAA è HPC / PAA mostranu una crescita esponenziale in i primi ciculi, è poi trasfurmatu in un modu di crescita lineale.
(3) A crescita di a film CE / PAA hà una forte dipendenza da u pH di a suluzione. Quandu u pH di a suluzione hè più altu ch'è u so puntu criticu, PAA è CE ùn ponu micca assemble in una film. La membrana CE/PAA assemblata era solubile in soluzioni di pH elevato.
(4) Siccomu u film CE / PAA hè riccu in OH è COOH, u trattamentu termale a rende cross-linked. A membrana reticulata CE/PAA hà una bona stabilità è hè insolubile in soluzioni à pH elevatu.
(5) U film CE / PAA hà una bona capacità di adsorzione per l'acqua in l'ambiente.
Tempu di Postu: Feb-18-2023