Uurimistöö taust
Loodusliku, rikkaliku ja taastuvenergia ressursina kohtub tselluloos suuri väljakutseid praktilistes rakendustes, mis on tingitud selle mittesulamise ja piiratud lahustuvuse omadustest. Tselluloosi struktuuri suured kristallilisuse ja suure tihedusega vesiniksidemed muudavad selle omamisprotsessi ajal lagunema, ning ei lahustu vees ja enamikus orgaanilistes lahustites. Nende derivaadid toodetakse hüdroksüülrühmade estrifitseerimisel ja eetristusel polümeeri ahelas sisalduvatel anhüdroglusoosiüksustel ja nende loodusliku tselluloosiga on sellel mõned erinevad omadused. Tselluloosi eeterreaktsioon võib tekitada paljusid vees lahustuvaid tselluloosietreid, näiteks metüültselluloosi (MC), hüdroksüetüültselluloosi (HEC) ja hüdroksüpropüültselluloosi (HPC), mida kasutatakse laialdaselt toidus, kosmeetis, farmatseutilises ja meditsiinis. Vees lahustuv CE võib moodustada vesinikuga seotud polümeerid polükarboksüülhapete ja polüfenoolidega.
Kihi by-kihiline komplekt (LBL) on tõhus meetod polümeeri komposiitkilede valmistamiseks. Järgnev kirjeldab peamiselt HEC, MC ja HPC kolme erineva CES -i LBL -komplekti koos PAA -ga, võrdleb nende monteerimiskäitumist ja analüüsib asendajate mõju LBL -i koosseisule. Uurige pH mõju kile paksusele ja pH erinevaid erinevusi kile moodustumisel ja lahustumisel ning arendage CE/PAA vee imendumisomadusi.
Eksperimentaalsed materjalid:
Polüakrüülhape (PAA, MW = 450 000). Hüdroksüetüültselluloosi (HEC) 2 -protsendilise vesilahuse viskoossus on 300 MPa · s ja asendamise aste on 2,5. Metüültselluloos (MC, 2 -öösel% vesilahus, mille viskoossus on 400 MPa · S ja aste 1,8). Hüdroksüpropüülat tselluloos (HPC, 2wt% vesilahus viskoossusega 400 MPa · S ja aste 2,5).
Filmi ettevalmistamine:
Valmistatud vedelkristallkihi komplekti teel ränil temperatuuril 25 ° C. Slaidimaatriksi töötlemismeetod on järgmine: leotage happelises lahuses (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/maht) 30 minutit, seejärel loputage mitu korda deioniseeritud veega, kuni pH muutub neutraalseks ja lõpuks kuivaks puhta lämmastikuga. LBL -komplekti viiakse läbi automaatsete masinate abil. Substraat leotati vaheldumisi CE -lahuses (0,2 mg/ml) ja PAA lahust (0,2 mg/ml), iga lahus leotati 4 minutit. Iga lahuse vahel leotati kolm loputust 1 -minutilisest deioniseeritud veest, et eemaldada lõdvalt kinnitatud polümeer. Komplektilahuse pH väärtused ja loputuslahus reguleeriti nii pH 2,0 -ni. AS-i ettevalmistatud filme tähistatakse kui (CE/PAA) n, kus n tähistab monteerimistsüklit. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 ja (HPC/PAA) 30 valmistati peamiselt.
Filmi iseloomustus:
Lähedane normaalsed peegeldusspektrid registreeriti ja analüüsiti nanocalc-XR ookeani optikaga ning mõõdeti ränile ladestunud kilede paksust. Tühi räni substraadiga kui taust, koguti Nicolet 8700 infrapunaspektromeetrile õhukese kile FT-IR spekter.
Vesiniksideme koostoimed PAA ja CES vahel:
HEC, MC ja HPC montaaž koos PAA -ga LBL -filmidesse. HEC/PAA, MC/PAA ja HPC/PAA infrapunaspektrid on näidatud joonisel. PAA ja CES tugevaid IR -signaale saab selgelt täheldada HEC/PAA, MC/PAA ja HPC/PAA IR -spektrites. FT-IR spektroskoopia saab analüüsida vesiniksideme kompleksi PAA ja CES-i vahel, jälgides iseloomulike neeldumisribade nihkumist. Vesinikside CES ja PAA vahel toimub peamiselt CES -i hüdroksüülhapniku ja PAA COOH -rühma vahel. Pärast vesiniksideme moodustumist nihkub punane venituspiip madala sagedusega suunas.
Puhta PAA pulbri jaoks täheldati tipptasemel 1710 cm-1. Kui polüakrüülamiid koondati erinevate CES-ga kiledesse, asusid HEC/PAA, MC/PAA ja MPC/PAA kilede tipud vastavalt 1718 cm-1, 1720 cm-1 ja 1724 cm-1. Võrreldes puhta PAA pulbriga nihutasid HPC/PAA, MC/PAA ja HEC/PAA kilede tipppikkused vastavalt 14, 10 ja 8 cm - 1. Vesinikside eetri hapniku ja COOH vahel katkestab vesiniksideme COOH rühmade vahel. Mida rohkem PAA ja CE vahel moodustusid vesiniksidemed, seda suurem on CE/PAA tipp nihe IR -spektrites. HPC -l on kõrgeim vesiniksideme komplekseerimine, PAA ja MC on keskel ning HEC on madalaim.
PAA ja CES komposiitfilmide kasvukäitumine:
PAA ja CES-i filmide moodustavat käitumist LBL-i komplekti ajal uuriti QCM ja spektriinterferomeetria abil. QCM on efektiivne kile kasvu kohapeal jälgimiseks esimese paari monteerimistsükli jooksul. Spektraalsed interferomeetrid sobivad 10 tsükli jooksul kasvatatud kiledele.
HEC/PAA -kile näitas kogu LBL -i kokkupanekuprotsessis lineaarset kasvu, samas kui MC/PAA ja HPC/PAA filmid näitasid kokku eksponentsiaalset kasvu kokkupaneku varases staadiumis ja muutsid seejärel lineaarseks kasvuks. Lineaarses kasvupiirkonnas, mida suurem on komplekseerimise aste, seda suurem on paksuse kasv monteerimissükli kohta.
Lahuse pH mõju kile kasvule:
Lahuse pH väärtus mõjutab vesiniksidemega polümeeri komposiitkile kasvu. Nõrga polüelektrolüütina ioniseeritakse PAA ja laaditakse negatiivselt, kui lahuse pH suureneb, pärssides sellega vesiniksideme assotsiatsiooni. Kui PAA ionisatsiooni aste jõudis teatud tasemeni, ei saanud PAA LBL -is vesiniksideme aktseptoritega kilesse koguneda.
Kiile paksus vähenes lahuse pH suurenemisega ja kile paksus vähenes äkki PH2,5 hj/PAA ja pH3,0-3,5 HPC/PAA juures. HPC/PAA kriitiline punkt on umbes pH 3,5, samas kui HEC/PAA on umbes 3,0. See tähendab, et kui montaažilahuse pH on kõrgem kui 3,5, ei saa moodustada HPC/PAA kilet ja kui lahuse pH on kõrgem kui 3,0, ei saa HEC/PAA kilet moodustada. HPC/PAA membraani vesiniksideme kõrgema astme tõttu on HPC/PAA membraani kriitiline pH väärtus suurem kui HEC/PAA membraanil. Soolavabas lahuses olid HEC/PAA, MC/PAA ja HPC/PAA moodustatud komplekside kriitilised pH väärtused vastavalt umbes 2,9, 3,2 ja 3,7. HPC/PAA kriitiline pH on suurem kui HEC/PAA, mis on kooskõlas LBL membraaniga.
CE/ PAA membraani vee imendumise jõudlus:
CES on rikas hüdroksüülrühmade poolest, nii et sellel on hea vee imendumine ja veepeetus. Võttes näitena HEC/PAA membraani, uuriti vesinikuga seotud CE/PAA membraani adsorptsioonivõimet keskkonnas vees. Spektriinterferomeetriaga iseloomustatud kile paksus suureneb, kui kile vett neelab. See pandi keskkonda, mille reguleeritav õhuniiskus oli temperatuuril 25 ° C 24 tundi, et saavutada vee imendumise tasakaal. Filmid kuivatati vaakum -ahjus (40 ° C) 24 tundi niiskuse täielikuks eemaldamiseks.
Niiskuse suurenedes kile pakseneb. Madala õhuniiskuse pindala 30–50%on paksuse kasv suhteliselt aeglane. Kui õhuniiskus ületab 50%, kasvab paksus kiiresti. Võrreldes vesinikuga seotud PVPON/PAA membraaniga, suudab HEC/PAA membraan absorbeerida keskkonnast rohkem vett. Suhtelise õhuniiskuse tingimustes 70%(25 ° C) on PVPON/PAA kile paksenemisvahemik umbes 4%, samas kui HEC/PAA kile on sama kõrge kui umbes 18%. Tulemused näitasid, et kuigi HEC/PAA süsteemis osalesid teatud kogus OH -rühmi vesiniksidemete moodustumisel, oli keskkonnas veega suhtlevaid OH -rühmi endiselt märkimisväärselt arv. Seetõttu on HEC/PAA süsteemil head vee imendumise omadused.
kokkuvõttes
(1) HPC/PAA süsteem, millel on kõrgeim vesiniksideme aste CE ja PAA, on nende seas kõige kiirem kasv, MC/PAA on keskel ja HEC/PAA on madalaim.
(2) HEC/PAA -kile näitas kogu ettevalmistusprotsessi vältel lineaarset kasvurežiimi, ülejäänud kaks filmi MC/PAA ja HPC/PAA näitasid esimese paari tsükli eksponentsiaalset kasvu ja muudeti seejärel lineaarseks kasvurežiimiks.
(3) CE/PAA kile kasv on tugev sõltuvus lahuse pH -st. Kui lahuse pH on kõrgem kui tema kriitiline punkt, ei saa PAA ja CE kilesse koguneda. Kogutud CE/PAA membraan lahustub kõrgete pH -lahuste korral.
(4) Kuna CE/PAA-kile on rikas OH ja COOH, muudab kuumtöötlus selle ristseotud. Ristseotud CE/PAA membraanil on hea stabiilsus ja see on kõrge pH-lahuste korral lahustumatu.
(5) CE/PAA -kilel on keskkonnas vee jaoks hea adsorptsioonivõime.
Postiaeg: 18. veebruar 20123