Изилдөөнүн негизи
Табигый, мол жана кайра жаралуучу ресурс катары целлюлоза эрибегендиктен жана чектелген эригичтик касиеттеринен улам практикалык колдонууда чоң кыйынчылыктарга дуушар болот. Целлюлозанын структурасындагы жогорку кристаллдуулук жана жогорку тыгыздыктагы суутек байланыштары аны бузулат, бирок ээлик кылуу процессинде эрибейт, сууда жана көпчүлүк органикалык эриткичтерде эрибейт. Алардын туундулары полимер чынжырындагы ангидрглюкоза бирдиктериндеги гидроксил топторунун этерификациясы жана этерификациясы менен өндүрүлөт жана табигый целлюлозага салыштырмалуу кээ бир айырмачылыктарды көрсөтөт. Целлюлозанын этерификация реакциясы тамак-ашта, косметикада, фармацевтикада жана медицинада кеңири колдонулган метил целлюлоза (МК), гидроксиэтил целлюлоза (ГЭК) жана гидроксипропил целлюлоза (HPC) сыяктуу көптөгөн сууда эрүүчү целлюлоза эфирлерин түзүшү мүмкүн. Сууда эрүүчү CE поликарбон кислоталары жана полифенолдор менен суутек-байланыштуу полимерлерди түзө алат.
Кабат-кабат чогултуу (LBL) - полимердик композиттик жука пленкаларды даярдоонун натыйжалуу ыкмасы. Төмөндө негизинен PAA менен HEC, MC жана HPC үч түрдүү CE LBL жыйыны сүрөттөлөт, алардын чогулушунун жүрүм-турумун салыштырып, LBL жыйынына алмаштыруучулардын таасирин талдайт. рНнын пленканын калыңдыгына таасирин жана пленканын пайда болушуна жана эрүүсүнө рНнын ар кандай айырмачылыктарын изилдөө жана CE/PAAнын сууну сиңирүү касиеттерин иштеп чыгуу.
Эксперименттик материалдар:
Полиакрил кислотасы (PAA, Mw = 450 000). Гидроксиэтилцеллюлозанын (ГЭС) 2 массалуу суудагы эритмесинин илешкектүүлүгү 300 мПа·с, алмаштыруу даражасы 2,5. Метилцеллюлоза (МК, 400 мПа·с илешкектүүлүгү жана 1,8 алмаштыруу даражасы менен 2wt.% суу эритмеси). Гидроксипропил целлюлоза (HPC, 400 мПа·с илешкектүүлүгү жана 2,5 алмаштыруу даражасы менен 2wt.% суу эритмеси).
Тасманы даярдоо:
25°C кремнийге суюк кристалл катмарын чогултуу менен даярдалган. Слайд матрицасын тазалоо ыкмасы төмөнкүчө: кычкыл эритмеге (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 мүнөт чылап, андан кийин рН нейтралдуу болгонго чейин деионизацияланган суу менен бир нече жолу чайкап, акырында таза азот менен кургатат. LBL монтаждоо автоматтык техниканын жардамы менен жүзөгө ашырылат. Субстрат кезектешип CE эритмесинде (0,2 мг/мл) жана PAA эритмесинде (0,2 мг/мл) малынган, ар бир эритме 4 мүнөткө чыланган. Ар бир эритменин ортосунда 1 мүнөттөн ар бири деионизацияланган сууга үч жолу чайкоочу чөмүлтүп, эркин жабышкан полимерди алып салышты. Курама эритменин жана чайкоо эритменин рН маанилери экөө тең рН 2.0ге туураланган. Даярдалган тасмалар (CE/PAA)n катары белгиленет, мында n чогултуу циклин билдирет. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 жана (HPC/PAA)30 негизинен даярдалган.
Тасманын мүнөзү:
NanoCalc-XR Ocean Optics менен нормалдуу дээрлик чагылтуу спектрлери жазылган жана талданган жана кремнийге түшкөн пленкалардын калыңдыгы өлчөнгөн. Фон катары бош кремний субстраты менен кремний субстратындагы жука пленканын FT-IR спектри Nicolet 8700 инфракызыл спектрометринде чогултулган.
PAA жана СЭ ортосундагы суутек байланышы:
LBL тасмаларына PAA менен HEC, MC жана HPC чогулушу. HEC/PAA, MC/PAA жана HPC/PAA инфракызыл спектрлери сүрөттө көрсөтүлгөн. PAA жана CESдин күчтүү IR сигналдарын HEC/PAA, MC/PAA жана HPC/PAAнын IR спектрлеринде даана байкоого болот. FT-IR спектроскопиясы мүнөздүү жутуу тилкелеринин жылышына мониторинг жүргүзүү менен PAA жана CES ортосундагы суутек байланыш комплексин талдай алат. CES жана PAA ортосундагы суутек байланышы негизинен CES гидроксил кычкылтек менен PAA COOH тобунун ортосунда пайда болот. Суутек байланышы түзүлгөндөн кийин, созулган чоку кызыл төмөнкү жыштык багытына жылат.
1710 см-1 чокусу таза PAA порошок үчүн байкалган. Полиакриламид ар кандай СЭ менен пленкаларга чогултулганда, HEC/PAA, MC/PAA жана MPC/PAA пленкаларынын чокулары тиешелүүлүгүнө жараша 1718 см-1, 1720 см-1 жана 1724 см-1де жайгашкан. Таза PAA порошок менен салыштырганда, HPC / PAA, MC / PAA жана HEC / PAA тасмалардын чокусу узундугу тиешелүүлүгүнө жараша 14, 10 жана 8 см-1 жылып. Эфир кычкылтек менен COOH ортосундагы суутек байланышы COOH топторунун ортосундагы суутек байланышын үзөт. PAA жана CE ортосунда канчалык көп суутек байланыштары түзүлсө, CE/PAAнын IR спектриндеги эң жогорку жылышы ошончолук чоң болот. HPC суутек байланыш комплексинин эң жогорку даражасына ээ, PAA жана MC ортодо, ал эми HEC эң төмөн.
PAA жана CE курама пленкаларынын өсүү жүрүм-туруму:
LBL чогултуу учурунда PAA жана CE пленка түзүү жүрүм-туруму QCM жана спектралдык интерферометрияны колдонуу менен изилденген. QCM биринчи бир нече монтаждоо циклдеринде тасманын өсүшүнө мониторинг жүргүзүү үчүн натыйжалуу. Спектралдык интерферометрлер 10 циклден ашык өстүрүлгөн пленкалар үчүн ылайыктуу.
HEC/PAA тасмасы LBL чогултуу процессинде сызыктуу өсүштү көрсөттү, ал эми MC/PAA жана HPC/PAA тасмалары монтаждын алгачкы баскычтарында экспоненциалдык өсүштү көрсөтүп, андан кийин сызыктуу өсүшкө айланган. Сызыктуу өсүү аймагында комплекстүүлүктүн даражасы канчалык жогору болсо, монтаждоо циклинде калыңдык ошончолук чоң болот.
рН эритменин пленканын өсүшүнө тийгизген таасири:
Эритменин рН мааниси суутек менен байланышкан полимердик композиттик пленканын өсүшүнө таасир этет. Алсыз полиэлектролит катары PAA эритменин рН жогорулаган сайын иондоштурулуп, терс заряддалып, суутек байланыштарынын биригишине тоскоол болот. PAA иондошуу даражасы белгилүү бир деңгээлге жеткенде, PAA LBLдеги суутек байланыш акцепторлору менен пленкага чогула алган жок.
Пленканын калыңдыгы эритме рН көбөйүшү менен азайды, ал эми пленканын калыңдыгы pH2,5 HPC/PAA жана pH3,0-3,5 HPC/PAA деңгээлинде капыстан төмөндөдү. HPC/PAAнын критикалык чекити рН 3,5ке жакын, ал эми HEC/PAAныкы 3,0ге жакын. Бул монтаждык эритменин рН 3,5тен жогору болгондо HPC/PAA пленкасы түзүлбөйт, ал эми эритменин рН 3,0дон жогору болгондо HEC/PAA пленкасы түзүлбөйт дегенди билдирет. HPC/PAA мембранасынын суутек байланыштарынын комплекстүүлүгүнүн жогорку даражасына байланыштуу HPC/PAA мембранасынын критикалык рН мааниси HEC/PAA мембранасына караганда жогору. Тузсуз эритмеде HEC/PAA, MC/PAA жана HPC/PAA тарабынан түзүлгөн комплекстердин критикалык рН маанилери тиешелүүлүгүнө жараша 2,9, 3,2 жана 3,7 болду. HPC/PAA критикалык рН HEC/PAAга караганда жогору, бул LBL мембранасына шайкеш келет.
CE/PAA мембранасынын сууну сиңирүү көрсөткүчтөрү:
CES сууну жакшы сиңирүү жана сууну кармап туруу үчүн гидроксил топторуна бай. Мисал катары HEC/PAA мембранасын алып, суутек менен байланышкан CE/PAA мембранасынын чөйрөдөгү сууга адсорбциялоо жөндөмдүүлүгү изилденген. Спектралдык интерферометрия менен мүнөздөлгөн пленканын калыңдыгы пленка сууну сиңирген сайын көбөйөт. Сууну сиңирүү тең салмактуулугуна жетишүү үчүн 24 саат бою 25°C нымдуулугу жөнгө салынуучу чөйрөгө жайгаштырылды. Пленкалар нымдуулуктан толук арылуу үчүн вакуумдук меште (40 °C) 24 саат кургатылган.
Нымдуулук жогорулаган сайын пленка калыңдайт. 30% -50% төмөн нымдуулук аймагында, коюу өсүшү салыштырмалуу жай. нымдуулук 50% ашканда, калыңдыгы тез өсөт. Суутек менен байланышкан PVPON/PAA мембранасы менен салыштырганда, HEC/PAA мембранасы айлана-чөйрөдөн көбүрөөк суу сиңире алат. Салыштырмалуу нымдуулуктун шартында 70% (25°C), PVPON/PAA пленкасынын коюулануу диапазону болжол менен 4%, ал эми HEC/PAA пленкасы 18% га чейин жогору. Натыйжалар HEC/PAA системасындагы OH топторунун белгилүү бир бөлүгү суутек байланыштарын түзүүгө катышканы менен, айлана-чөйрөдө суу менен өз ара аракеттенген OH топторунун бир топ саны дагы эле бар экенин көрсөттү. Ошондуктан, HEC/PAA системасы жакшы суу сиңирүүчү касиеттерге ээ.
аягында
(1) CE жана PAA боюнча эң жогорку суутек байланышы бар HPC/PAA тутуму алардын арасында эң ылдам өсүшкө ээ, MC/PAA ортодо, ал эми HEC/PAA эң төмөн.
(2) HEC/PAA тасмасы даярдоо процессинде сызыктуу өсүү режимин көрсөттү, ал эми калган эки тасма MC/PAA жана HPC/PAA алгачкы бир нече циклде экспоненциалдык өсүштү көрсөтүп, андан кийин сызыктуу өсүү режимине айланган.
(3) CE/PAA пленкасынын өсүшү эритме рНга күчтүү көз каранды. Эритме рН анын критикалык чекитинен жогору болгондо, PAA жана CE пленкага чогула албайт. Чогулган CE/PAA мембранасы жогорку рН эритмелеринде эрүүчү болгон.
(4) CE / PAA тасмасы OH жана COOH бай болгондуктан, жылуулук менен дарылоо аны кайчылаш байланыштырат. Кайчылаш байланышкан CE/PAA мембранасы жакшы туруктуулукка ээ жана жогорку рН эритмелеринде эрибейт.
(5) CE / PAA тасмасы чөйрөдө суу үчүн жакшы adsorption жөндөмдүүлүгүнө ээ.
Посттун убактысы: 2023-жылдын 18-февралына чейин