Forskningsbakgrund
Som en naturlig, riklig och förnybar resurs möter cellulosa stora utmaningar i praktiska tillämpningar på grund av dess icke-smälta och begränsade löslighetsegenskaper. Den höga kristalliniteten och vätebindningarna med hög täthet i cellulosastrukturen gör att den försämras men smälter inte under besittningsprocessen och olöslig i vatten och de flesta organiska lösningsmedel. Deras derivat produceras genom förestring och eterifiering av hydroxylgrupperna på anhydroglukosenheterna i polymerkedjan och kommer att uppvisa vissa olika egenskaper jämfört med naturlig cellulosa. Etherifieringsreaktionen av cellulosa kan generera många vattenlösliga cellulosaetrar, såsom metylcellulosa (MC), hydroxietylcellulosa (HEC) och hydroxipropylcellulosa (HPC), som används allmänt i mat, kosmetika, i läkemedel och medicin. Vattenlöslig Ce kan bilda vätebundna polymerer med polykarboxylsyror och polyfenoler.
Lager-för-skiktmontering (LBL) är en effektiv metod för att framställa polymerkomposit tunna filmer. Följande beskriver huvudsakligen LBL -monteringen av tre olika CE: er av HEC, MC och HPC med PAA, jämför deras monteringsbeteende och analyserar påverkan av substituenter på LBL -montering. Undersök effekten av pH på filmtjocklek och de olika skillnaderna i pH på filmbildning och upplösning och utveckla vattenabsorptionsegenskaperna för CE/PAA.
Experimentella material:
Polyakrylsyra (PAA, MW = 450 000). Viskositeten hos 2WT% vattenlösning av hydroxietylcellulosa (HEC) är 300 MPa · s, och graden av substitution är 2,5. Metylcellulosa (MC, en 2Wt% vattenlösning med en viskositet på 400 MPa · s och en grad av substitution av 1,8). Hydroxipropylcellulosa (HPC, en 2Wt% vattenlösning med en viskositet på 400 MPa · s och en grad av substitution av 2,5).
Filmförberedelse:
Framställt av flytande kristallskiktsmontering på kisel vid 25 ° C. Behandlingsmetoden för bildmatrisen är som följer: blötlägg i sur lösning (H2SO4/H2O2, 7/3vol/vol) i 30 minuter, skölj sedan av avjoniserat vatten flera gånger tills pH blir neutralt och slutligen torrt med rent kväve. LBL -montering utförs med hjälp av automatiska maskiner. Substratet blötläggdes växelvis i CE -lösning (0,2 mg/ml) och PAA -lösning (0,2 mg/ml), varje lösning blötläggs under 4 minuter. Tre sköljning av 1 min vardera i avjoniserat vatten utfördes mellan varje lösning blöt för att avlägsna löst fäst polymer. PH -värdena för monteringslösningen och sköljningslösningen justerades båda till pH 2,0. De beredda filmerna betecknas som (CE/PAA) n, där n betecknar monteringscykeln. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 och (HPC/PAA) 30 bereddes huvudsakligen.
Filmkaraktärisering:
Nära normal reflektionsspektra registrerades och analyserades med nanokalc-XR Ocean Optics, och tjockleken på filmer avsatta på kisel mättes. Med ett tomt kiselsubstrat som bakgrund uppsamlades FT-IR-spektrumet för den tunna filmen på kiselsubstratet på en Nicolet 8700 infraröd spektrometer.
Vätebindningsinteraktioner mellan PAA och CES:
Montering av HEC, MC och HPC med PAA i LBL -filmer. De infraröda spektra för HEC/PAA, MC/PAA och HPC/PAA visas i figuren. De starka IR -signalerna från PAA och CES kan tydligt observeras i IR -spektra för HEC/PAA, MC/PAA och HPC/PAA. FT-IR-spektroskopi kan analysera vätebindningskomplexationen mellan PAA och CES genom att övervaka förändringen av karakteristiska absorptionsband. Vätebindningen mellan CES och PAA sker huvudsakligen mellan hydroxylsyre i CES och COOH -gruppen av PAA. Efter att vätebindningen har bildats skiftar stretchtoppröda till lågfrekvensriktningen.
En topp på 1710 cm-1 observerades för rent PAA-pulver. När polyakrylamid samlades i filmer med olika CE: er, var topparna för HEC/PAA, MC/PAA och MPC/PAA-filmer belägna vid 1718 cm-1, 1720 cm-1 respektive 1724 cm-1. Jämfört med rent PAA -pulver skiftade topplängderna för HPC/PAA, MC/PAA och HEC/PAA -filmer med 14, 10 respektive 8 cm - 1. Vätebindningen mellan eter -syre och COOH avbryter vätebindningen mellan COOH -grupperna. Ju mer vätebindningar som bildas mellan PAA och CE, desto större toppskift av CE/PAA i IR -spektra. HPC har den högsta graden av vätebindningskomplexation, PAA och MC är i mitten, och HEC är den lägsta.
Tillväxtbeteende för sammansatta filmer av PAA och CES:
Det filmbildande beteendet hos PAA och CES under LBL-montering undersöktes med användning av QCM och spektral interferometri. QCM är effektivt för att övervaka filmtillväxt på plats under de första enhetscyklerna. Spektrala interferometrar är lämpliga för filmer som odlas över 10 cykler.
HEC/PAA -filmen visade en linjär tillväxt under LBL -monteringsprocessen, medan MC/PAA- och HPC/PAA -filmerna visade en exponentiell tillväxt i de tidiga stadierna av montering och sedan förvandlades till en linjär tillväxt. I det linjära tillväxtområdet, ju högre graden av komplexation, desto större är tjocklekstillväxten per monteringscykel.
Effekt av lösningens pH på filmtillväxt:
Lösningsens pH -värde påverkar tillväxten av den vätebundna polymerkompositfilmen. Som en svag polyelektrolyt kommer PAA att joniseras och laddas negativt när lösningens pH ökar och därmed hämmar vätebindningsassociation. När graden av jonisering av PAA nådde en viss nivå kunde PAA inte montera i en film med vätebindnings acceptorer i LBL.
Filmtjockleken minskade med ökningen av lösningens pH, och filmtjockleken minskade plötsligt vid pH2,5 HPC/PAA och pH3,0-3,5 HPC/PAA. Den kritiska punkten för HPC/PAA är ungefär pH 3,5, medan HEC/PAA är cirka 3,0. Detta innebär att när pH för monteringslösningen är högre än 3,5, kan HPC/PAA -filmen inte bildas, och när lösningens pH är högre än 3,0, kan HEC/PAA -filmen inte bildas. På grund av den högre graden av vätebindningskomplexation av HPC/PAA -membran är det kritiska pH -värdet för HPC/PAA -membran högre än för HEC/PAA -membranet. I saltfri lösning var de kritiska pH-värdena för komplexen som bildades av HEC/PAA, MC/PAA och HPC/PAA cirka 2,9, 3,2 respektive 3,7. Det kritiska pH för HPC/PAA är högre än för HEC/PAA, vilket är förenligt med LBL -membranets.
Vattenabsorptionsprestanda för CE/ PAA -membran:
CES är rik på hydroxylgrupper så att den har god vattenabsorption och vattenhållning. Med HEC/PAA-membran som ett exempel studerades adsorptionskapaciteten för vätebundet Ce/PAA-membran till vatten i miljön. Karaktäriserad av spektral interferometri ökar filmtjockleken när filmen absorberar vatten. Det placerades i en miljö med justerbar luftfuktighet vid 25 ° C under 24 timmar för att uppnå vattenabsorptionsjämvikt. Filmerna torkades i en vakuumugn (40 ° C) under 24 timmar för att helt avlägsna fukten.
När fuktigheten ökar tjocknar filmen. I området med låg luftfuktighet på 30%-50%är tjocklekstillväxten relativt långsam. När fuktigheten överstiger 50%växer tjockleken snabbt. Jämfört med det vätebundna PVPON/PAA-membranet kan HEC/PAA-membranet absorbera mer vatten från miljön. Under villkoret av relativ luftfuktighet på 70%(25 ° C) är förtjockningsintervallet för PVPon/PAA -film cirka 4%, medan den för HEC/PAA -filmen är så hög som cirka 18%. Resultaten visade att även om en viss mängd OH -grupper i HEC/PAA -systemet deltog i bildandet av vätebindningar, fanns det fortfarande ett betydande antal OH -grupper som interagerade med vatten i miljön. Därför har HEC/PAA -systemet goda vattenabsorptionsegenskaper.
avslutningsvis
(1) HPC/PAA -systemet med den högsta vätebindningsgraden för CE och PAA har den snabbaste tillväxten bland dem, MC/PAA är i mitten och HEC/PAA är den lägsta.
(2) HEC/PAA -filmen visade ett linjärt tillväxtläge under hela beredningsprocessen, medan de andra två filmerna MC/PAA och HPC/PAA visade en exponentiell tillväxt under de första cyklerna och sedan förvandlades till ett linjärt tillväxtläge.
(3) Tillväxten av CE/PAA -filmen har ett starkt beroende av lösningens pH. När lösningens pH är högre än dess kritiska punkt kan PAA och CE inte montera i en film. Det monterade CE/PAA -membranet var lösligt i höga pH -lösningar.
(4) Eftersom CE/PAA-filmen är rik på OH och COOH gör värmebehandling den tvärbunden. Det tvärbundna CE/PAA-membranet har god stabilitet och är olöslig i höga pH-lösningar.
(5) CE/PAA -filmen har god adsorptionskapacitet för vatten i miljön.
Posttid: februari-20-2023