Cefndir Ymchwil
Fel adnodd naturiol, niferus ac adnewyddadwy, mae seliwlos yn dod ar draws heriau mawr mewn cymwysiadau ymarferol oherwydd ei briodweddau hydoddedd nad ydynt yn doddi a chyfyngedig. Mae'r bondiau hydrogen crisialogrwydd uchel a dwysedd uchel yn y strwythur seliwlos yn ei gwneud yn diraddio ond nid yn toddi yn ystod y broses feddiant, ac yn anhydawdd mewn dŵr a'r mwyafrif o doddyddion organig. Cynhyrchir eu deilliadau trwy esterification ac etherification y grwpiau hydrocsyl ar yr unedau anhydroglucose yn y gadwyn polymer, a byddant yn arddangos rhai priodweddau gwahanol o gymharu â seliwlos naturiol. Gall adwaith etherification seliwlos gynhyrchu llawer o etherau seliwlos sy'n hydoddi mewn dŵr, megis methyl seliwlos (MC), seliwlos hydroxyethyl (HEC) a seliwlos hydroxypropyl (HPC), a ddefnyddir yn eang mewn bwyd, cosmetics, mewn fferyllol, mewn fferyllol a meddyginiaeth. Gall CE sy'n hydoddi mewn dŵr ffurfio polymerau wedi'u bondio â hydrogen ag asidau polycarboxylig a pholyphenolau.
Mae cynulliad haen wrth haen (LBL) yn ddull effeithiol ar gyfer paratoi ffilmiau tenau cyfansawdd polymer. Mae'r canlynol yn disgrifio'n bennaf y cynulliad LBL o dri CE gwahanol o HEC, MC a HPC gyda PAA, yn cymharu eu hymddygiad cynulliad, ac yn dadansoddi dylanwad eilyddion ar gynulliad LBL. Ymchwilio i effaith pH ar drwch ffilm, a gwahanol wahaniaethau pH ar ffurfio a diddymu ffilm, a datblygu priodweddau amsugno dŵr CE/PAA.
Deunyddiau Arbrofol:
Asid polyacrylig (PAA, MW = 450,000). Mae gludedd hydoddiant dyfrllyd 2wt.% O hydroxyethylcellulose (HEC) yn 300 MPa · s, a graddfa'r amnewidiad yw 2.5. Methylcellulose (MC, hydoddiant dyfrllyd 2wt.% Gyda gludedd o 400 MPa · s a rhywfaint o amnewid o 1.8). Hydroxypropyl seliwlos (HPC, hydoddiant dyfrllyd 2wt.% Gyda gludedd o 400 mpa · s a rhywfaint o amnewid o 2.5).
Paratoi Ffilm:
Wedi'i baratoi gan gynulliad haen grisial hylif ar silicon ar 25 ° C. Mae dull triniaeth y matrics sleidiau fel a ganlyn: socian mewn toddiant asidig (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/Vol) am 30 munud, yna rinsiwch â dŵr wedi'i ddad -ddyneiddio sawl gwaith nes bod y pH yn niwtral, ac yn sychu o'r diwedd yn sych gyda nitrogen pur. Perfformir cynulliad LBL gan ddefnyddio peiriannau awtomatig. Roedd y swbstrad yn cael ei socian bob yn ail mewn toddiant CE (0.2 mg/mL) a hydoddiant PAA (0.2 mg/mL), cafodd pob datrysiad ei socian am 4 munud. Perfformiwyd tri socian rinsio o 1 munud yr un mewn dŵr wedi'i ddad -ddyneiddio rhwng pob toddiant socian i gael gwared ar bolymer sydd ynghlwm yn rhydd. Addaswyd gwerthoedd pH y toddiant cynulliad a'r toddiant rinsio i pH 2.0. Dynodir y ffilmiau fel y'u paratowyd fel (CE/PAA) N, lle mae N yn dynodi'r cylch ymgynnull. Paratowyd (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 a (HPC/PAA) 30 yn bennaf.
Nodweddu Ffilm:
Cofnodwyd a dadansoddwyd sbectra adlewyrchiad bron yn normal gydag opteg cefnfor nanocalc-XR, a mesurwyd trwch y ffilmiau a adneuwyd ar silicon. Gyda swbstrad silicon gwag fel y cefndir, casglwyd sbectrwm FT-IR y ffilm denau ar y swbstrad silicon ar sbectromedr is-goch Nicolet 8700.
Rhyngweithiadau bond hydrogen rhwng PAA a CES:
Cynulliad o HEC, MC a HPC gyda PAA i mewn i ffilmiau LBL. Dangosir sbectra is -goch HEC/PAA, MC/PAA a HPC/PAA yn y ffigur. Gellir arsylwi'n glir y signalau IR cryf o PAA a CES yn sbectra IR HEC/PAA, MC/PAA a HPC/PAA. Gall sbectrosgopeg FT-IR ddadansoddi'r cymhlethiad bond hydrogen rhwng PAA a CES trwy fonitro symudiad bandiau amsugno nodweddiadol. Mae'r bondio hydrogen rhwng CES a PAA yn digwydd yn bennaf rhwng ocsigen hydrocsyl CES a grŵp COOH PAA. Ar ôl i'r bond hydrogen gael ei ffurfio, mae'r brig sy'n ymestyn yn symud yn symud i'r cyfeiriad amledd isel.
Gwelwyd uchafbwynt o 1710 cm-1 ar gyfer powdr PAA pur. Pan ymgasglwyd polyacrylamid yn ffilmiau gyda gwahanol CES, roedd copaon ffilmiau HEC/PAA, MC/PAA a MPC/PAA wedi'u lleoli yn 1718 cm-1, 1720 cm-1 a 1724 cm-1, yn y drefn honno. O'i gymharu â phowdr PAA pur, symudodd hydoedd brig ffilmiau HPC/PAA, MC/PAA a HEC/PAA gan 14, 10 ac 8 cm - 1, yn y drefn honno. Mae'r bond hydrogen rhwng yr ether ocsigen a COOH yn torri ar draws y bond hydrogen rhwng y grwpiau COOH. Po fwyaf o fondiau hydrogen a ffurfiwyd rhwng PAA a CE, y mwyaf yw symudiad brig CE/PAA mewn sbectra IR. Mae gan HPC y radd uchaf o gymhlethiad bond hydrogen, mae PAA a MC yn y canol, ac HEC yw'r isaf.
Ymddygiad twf ffilmiau cyfansawdd PAA a CES:
Ymchwiliwyd i ymddygiad ffurfio ffilm PAA a CES yn ystod cynulliad LBL gan ddefnyddio QCM a interferometreg sbectrol. Mae QCM yn effeithiol ar gyfer monitro twf ffilm yn y fan a'r lle yn ystod yr ychydig gylchoedd ymgynnull cyntaf. Mae interferomedrau sbectrol yn addas ar gyfer ffilmiau a dyfir dros 10 cylch.
Dangosodd y ffilm HEC/PAA dwf llinol trwy gydol y broses ymgynnull LBL, tra bod y ffilmiau MC/PAA a HPC/PAA yn dangos twf esbonyddol yng nghamau cynnar y cynulliad ac yna'n trawsnewid yn dwf llinellol. Yn y rhanbarth twf llinol, po uchaf yw graddfa'r cymhlethiad, y mwyaf yw'r twf trwch fesul cylch ymgynnull.
Effaith datrysiad pH ar dwf ffilm:
Mae gwerth pH yr hydoddiant yn effeithio ar dwf y ffilm gyfansawdd polymer wedi'i bondio â hydrogen. Fel polyelectrolyte gwan, bydd PAA yn cael ei ïoneiddio a'i wefru'n negyddol wrth i pH yr hydoddiant gynyddu, a thrwy hynny atal cysylltiad bond hydrogen. Pan gyrhaeddodd graddfa ionization PAA lefel benodol, ni allai PAA ymgynnull i mewn i ffilm gyda derbynyddion bond hydrogen yn LBL.
Gostyngodd trwch y ffilm gyda'r cynnydd mewn pH toddiant, a gostyngodd trwch y ffilm yn sydyn yn Ph2.5 HPC/PAA a PH3.0-3.5 HPC/PAA. Mae pwynt critigol HPC/PAA tua pH 3.5, tra bod HEC/PAA tua 3.0. Mae hyn yn golygu pan fydd pH y toddiant cynulliad yn uwch na 3.5, ni ellir ffurfio'r ffilm HPC/PAA, a phan fydd pH yr hydoddiant yn uwch na 3.0, ni ellir ffurfio'r ffilm HEC/PAA. Oherwydd y radd uwch o gymhlethiad bond hydrogen o bilen HPC/PAA, mae gwerth pH critigol pilen HPC/PAA yn uwch na philen HEC/PAA. Mewn toddiant di-halen, roedd gwerthoedd pH critigol y cyfadeiladau a ffurfiwyd gan HEC/PAA, MC/PAA a HPC/PAA tua 2.9, 3.2 a 3.7, yn y drefn honno. Mae pH beirniadol HPC/PAA yn uwch na HEC/PAA, sy'n gyson â philen LBL.
Perfformiad amsugno dŵr pilen CE/ PAA:
Mae CES yn llawn grwpiau hydrocsyl fel bod ganddo amsugno dŵr da a chadw dŵr. Gan gymryd pilen HEC/PAA fel enghraifft, astudiwyd gallu arsugniad pilen CE/PAA wedi'i bondio â hydrogen i ddŵr yn yr amgylchedd. Wedi'i nodweddu gan interferometreg sbectrol, mae trwch y ffilm yn cynyddu wrth i'r ffilm amsugno dŵr. Fe'i gosodwyd mewn amgylchedd gyda lleithder addasadwy ar 25 ° C am 24 awr i gyflawni ecwilibriwm amsugno dŵr. Cafodd y ffilmiau eu sychu mewn popty gwactod (40 ° C) am 24 h i gael gwared ar y lleithder yn llwyr.
Wrth i'r lleithder gynyddu, mae'r ffilm yn tewhau. Yn yr ardal lleithder isel o 30%-50%, mae'r twf trwch yn gymharol araf. Pan fydd y lleithder yn fwy na 50%, mae'r trwch yn tyfu'n gyflym. O'i gymharu â'r bilen PVPON/PAA wedi'i bondio â hydrogen, gall y bilen HEC/PAA amsugno mwy o ddŵr o'r amgylchedd. O dan gyflwr lleithder cymharol o 70%(25 ° C), mae'r ystod tewychu o ffilm PVPON/PAA tua 4%, tra bod ffilm HEC/PAA mor uchel â thua 18%. Dangosodd y canlyniadau, er bod rhywfaint o grwpiau OH yn y system HEC/PAA wedi cymryd rhan wrth ffurfio bondiau hydrogen, roedd nifer sylweddol o grwpiau OH yn rhyngweithio â dŵr yn yr amgylchedd o hyd. Felly, mae gan y system HEC/PAA briodweddau amsugno dŵr da.
I gloi
(1) Y system HPC/PAA sydd â'r radd bondio hydrogen uchaf o CE a PAA sydd â'r twf cyflymaf yn eu plith, mae MC/PAA yn y canol, a HEC/PAA yw'r isaf.
(2) Dangosodd y ffilm HEC/PAA fodd twf llinol trwy gydol y broses baratoi, tra bod y ddwy ffilm arall MC/PAA a HPC/PAA yn dangos twf esbonyddol yn yr ychydig gylchoedd cyntaf, ac yna'n trawsnewid yn fodd twf llinol.
(3) Mae gan dwf ffilm CE/PAA ddibyniaeth gref ar yr ateb pH. Pan fydd y datrysiad pH yn uwch na'i bwynt critigol, ni all PAA a CE ymgynnull i mewn i ffilm. Roedd y bilen CE/PAA wedi'i chydosod yn hydawdd mewn toddiannau pH uchel.
(4) Gan fod y ffilm CE/PAA yn llawn OH a COOH, mae triniaeth wres yn ei gwneud yn groes-gysylltiedig. Mae gan y bilen CE/PAA traws-gysylltiedig sefydlogrwydd da ac mae'n anhydawdd mewn toddiannau pH uchel.
(5) Mae gan y ffilm CE/PAA allu arsugniad da ar gyfer dŵr yn yr amgylchedd.
Amser Post: Chwefror-18-2023