Background di ricerca
Come risorsa naturale, abbondante e rinnovabile, la cellulosa affronta grandi sfide nelle applicazioni pratiche a causa delle sue proprietà di solubilità non fusione e limitata. I legami ad alta cristallinità e idrogeno ad alta densità nella struttura della cellulosa lo fanno degradare ma non si scioglie durante il processo di possesso e insolubile in acqua e nella maggior parte dei solventi organici. I loro derivati sono prodotti dall'esterificazione e dall'eterificazione dei gruppi idrossilici sulle unità di anidrroglucosio nella catena polimerica e presenteranno alcune proprietà diverse rispetto alla cellulosa naturale. La reazione di eterificazione della cellulosa può generare molti eteri di cellulosa solubili in acqua, come metil cellulosa (MC), idrossietil cellulosa (HEC) e idrossipropil cellulosa (HPC), che sono ampiamente utilizzati in cibo, cosmetici, in farmacia e medicina. Il CE solubile in acqua può formare polimeri legati all'idrogeno con acidi policarbossilici e polifenoli.
Il gruppo strato per strato (LBL) è un metodo efficace per preparare film sottili compositi polimerici. Quanto segue descrive principalmente l'assemblaggio LBL di tre diversi CES di HEC, MC e HPC con PAA, confronta il loro comportamento di assemblaggio e analizza l'influenza dei sostituenti sull'assemblaggio LBL. Indagare l'effetto del pH sullo spessore del film e le diverse differenze di pH sulla formazione e la dissoluzione del film e sviluppa le proprietà di assorbimento dell'acqua di CE/PAA.
Materiali sperimentali:
Acido poliacrilico (PAA, MW = 450.000). La viscosità della soluzione acquosa del 2Wt.% Di idrossietilcellulosa (HEC) è di 300 mPa · s e il grado di sostituzione è 2,5. Metilcellulosa (MC, una soluzione acquosa da 2wt.% Con una viscosità di 400 mPa · S e un grado di sostituzione di 1,8). Idrossipropil cellulosa (HPC, una soluzione acquosa da 2 wt.% Con una viscosità di 400 mPa · S e un grado di sostituzione di 2,5).
Preparazione del film:
Preparato dal gruppo dello strato di cristallo liquido su silicio a 25 ° C. Il metodo di trattamento della matrice di diapositiva è il seguente: immergersi in soluzione acida (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/vol) per 30 minuti, quindi risciacqua con acqua deionizzata più volte fino a quando il pH diventa neutro e infine asciutto con puro azoto. Il gruppo LBL viene eseguito utilizzando macchinari automatici. Il substrato è stato alternativamente imbevuto nella soluzione CE (0,2 mg/mL) e nella soluzione PAA (0,2 mg/mL), ogni soluzione è stata immersa per 4 minuti. Sono stati eseguiti tre bagnini di risciacquo di 1 minuto ciascuno in acqua deionizzata tra ciascuna soluzione immersione per rimuovere il polimero legato liberamente. I valori di pH della soluzione di assemblaggio e della soluzione di risciacquo sono stati entrambi regolati a pH 2.0. I film preparati sono indicati come (CE/Paa) N, dove n indica il ciclo di assemblaggio. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 e (HPC/PAA) 30 sono stati preparati principalmente.
Caratterizzazione del film:
Gli spettri di riflettanza quasi normali sono stati registrati e analizzati con ottica dell'Oceano Nanocalc-XR e è stato misurato lo spessore dei film depositati sul silicio. Con un substrato di silicio vuoto come sfondo, lo spettro FT-IR del film sottile sul substrato di silicio è stato raccolto su uno spettrometro a infrarossi Nicolet 8700.
Interazioni di legame idrogeno tra PAA e CES:
Assemblaggio di HEC, MC e HPC con PAA in film LBL. Gli spettri a infrarossi di HEC/PAA, MC/PAA e HPC/PAA sono mostrati nella figura. I forti segnali IR di PAA e CES possono essere chiaramente osservati negli spettri IR di HEC/PAA, MC/PAA e HPC/PAA. La spettroscopia FT-IR può analizzare la complessazione del legame idrogeno tra PAA e CES monitorando lo spostamento delle bande di assorbimento caratteristiche. Il legame idrogeno tra CES e PAA si verifica principalmente tra l'ossigeno idrossile del CES e il gruppo COOH di PAA. Dopo che si è formata il legame idrogeno, il picco di allungamento si sposta verso la direzione a bassa frequenza.
È stato osservato un picco di 1710 cm-1 per la polvere PAA pura. Quando la poliacrilammide è stata assemblata in film con CES diversi, i picchi di film HEC/PAA, MC/PAA e MPC/PAA erano situati rispettivamente a 1718 cm-1, 1720 cm-1 e 1724 cm-1. Rispetto alla polvere PAA pura, le lunghezze di picco dei film HPC/PAA, MC/PAA e HEC/PAA spostati rispettivamente di 14, 10 e 8 cm - 1. Il legame idrogeno tra ossigeno etere e COOH interrompe il legame idrogeno tra i gruppi di COOH. Più legami idrogeno si formavano tra PAA e CE, maggiore è il picco dello spostamento di CE/PAA negli spettri IR. L'HPC ha il più alto grado di complessazione del legame idrogeno, PAA e MC sono nel mezzo e HEC è il più basso.
Comportamento di crescita dei film compositi di PAA e CES:
Il comportamento che forma film di PAA e CES durante l'assemblaggio LBL è stato studiato usando QCM e interferometria spettrale. QCM è efficace per il monitoraggio della crescita del film in situ durante i primi cicli di montaggio. Gli interferometri spettrali sono adatti per i film coltivati su 10 cicli.
Il film HEC/PAA ha mostrato una crescita lineare durante il processo di assemblaggio LBL, mentre i film MC/PAA e HPC/PAA hanno mostrato una crescita esponenziale nelle prime fasi dell'assemblaggio e quindi trasformati in una crescita lineare. Nella regione di crescita lineare, maggiore è il grado di complessazione, maggiore è la crescita dello spessore per ciclo di assemblaggio.
Effetto del pH della soluzione sulla crescita del film:
Il valore del pH della soluzione influisce sulla crescita del film composito polimerico legato all'idrogeno. Come debole polielettrolita, il PAA verrà ionizzato e caricato negativamente all'aumentare del pH della soluzione, inibendo così l'associazione del legame idrogeno. Quando il grado di ionizzazione di PAA ha raggiunto un certo livello, PAA non ha potuto assemblare in un film con accettori di legame idrogeno in LBL.
Lo spessore del film è diminuito con l'aumento del pH della soluzione e lo spessore del film è diminuito improvvisamente a PH2,5 HPC/PAA e PH3,0-3,5 HPC/PAA. Il punto critico di HPC/PAA è di circa pH 3,5, mentre quello di HEC/PAA è di circa 3.0. Ciò significa che quando il pH della soluzione di assemblaggio è superiore a 3,5, il film HPC/PAA non può essere formato e quando il pH della soluzione è superiore a 3,0, il film HEC/PAA non può essere formato. A causa del grado più elevato di complessazione del legame idrogeno della membrana HPC/PAA, il valore critico del pH della membrana HPC/PAA è superiore a quello della membrana HEC/PAA. In soluzione senza sale, i valori di pH critici dei complessi formati da HEC/PAA, MC/PAA e HPC/PAA erano rispettivamente di circa 2,9, 3,2 e 3,7. Il pH critico di HPC/PAA è superiore a quello di HEC/PAA, che è coerente con quello della membrana LBL.
Prestazioni di assorbimento d'acqua della membrana CE/ PAA:
Il CES è ricco di gruppi idrossilici in modo che abbia un buon assorbimento d'acqua e ritenzione idrica. È stata studiata la membrana HEC/PAA, è stata studiata la capacità di adsorbimento della membrana CE/PAA legata all'idrogeno nell'ambiente. Caratterizzato dall'interferometria spettrale, lo spessore del film aumenta quando il film assorbe l'acqua. È stato collocato in un ambiente con umidità regolabile a 25 ° C per 24 ore per ottenere un equilibrio di assorbimento d'acqua. I film sono stati essiccati in un forno a vuoto (40 ° C) per 24 ore per rimuovere completamente l'umidità.
All'aumentare dell'umidità, il film si addensa. Nell'area di bassa umidità del 30%-50%, la crescita dello spessore è relativamente lenta. Quando l'umidità supera il 50%, lo spessore cresce rapidamente. Rispetto alla membrana PVPON/PAA legata all'idrogeno, la membrana HEC/PAA può assorbire più acqua dall'ambiente. Sotto la condizione di umidità relativa del 70%(25 ° C), l'intervallo di ispessimento del film PVPON/PAA è di circa il 4%, mentre quello del film HEC/PAA è alto quanto circa il 18%. I risultati hanno mostrato che sebbene una certa quantità di gruppi OH nel sistema HEC/PAA abbiano partecipato alla formazione di legami idrogeno, c'era ancora un numero considerevole di gruppi OH che interagiscono con l'acqua nell'ambiente. Pertanto, il sistema HEC/PAA ha buone proprietà di assorbimento d'acqua.
Insomma
(1) Il sistema HPC/PAA con il più alto grado di legame idrogeno di CE e PAA ha la crescita più rapida tra loro, MC/PAA è nel mezzo e HEC/PAA è il più basso.
(2) Il film HEC/PAA ha mostrato una modalità di crescita lineare durante il processo di preparazione, mentre gli altri due film MC/PAA e HPC/PAA hanno mostrato una crescita esponenziale nei primi cicli e quindi trasformati in una modalità di crescita lineare.
(3) La crescita del film CE/PAA ha una forte dipendenza dal pH della soluzione. Quando il pH della soluzione è superiore al suo punto critico, PAA e CE non possono assemblare un film. La membrana CE/PAA assemblata era solubile in soluzioni PH elevate.
(4) Poiché il film CE/PAA è ricco di OH e COOH, il trattamento termico lo rende reticolato. La membrana CE/PAA reticolata ha una buona stabilità ed è insolubile in soluzioni ad alte pH.
(5) Il film CE/PAA ha una buona capacità di adsorbimento per l'acqua nell'ambiente.
Tempo post: febbraio-18-2023