Prejardhje kërkimore
Si një burim i natyrshëm, i bollshëm dhe i rinovueshëm, celuloza has në sfida të mëdha në aplikimet praktike për shkak të vetive të tij jo të shkrirë dhe të kufizuar të tretshmërisë. Kristaliteti i lartë dhe lidhjet e hidrogjenit me densitet të lartë në strukturën e celulozës e bëjnë atë të degradohet, por jo të shkrihet gjatë procesit të posedimit, dhe të patretshëm në ujë dhe shumica e tretësve organikë. Derivatet e tyre prodhohen nga eterifikimi dhe eterifikimi i grupeve hidroksil në njësitë anhidroglukoze në zinxhirin polimer, dhe do të shfaqin disa veti të ndryshme në krahasim me celulozën natyrale. Reagimi i eterifikimit të celulozës mund të gjenerojë shumë eterë celuloze të tretshëm në ujë, të tilla si metil celulozë (MC), hidroksietil celulozë (HEC) dhe hidroksipropil celulozë (HPC), të cilat përdoren gjerësisht në ushqim, kozmetikë, në farmaceutikë dhe mjekësi. CE i tretshëm në ujë mund të formojë polimere të lidhura me hidrogjen me acide polikarboksilike dhe polifenole.
Asambleja e shtresave nga shtresa (LBL) është një metodë efektive për përgatitjen e filmave të hollë polimer të përbërë. Më poshtë përshkruan kryesisht asamblenë LBL të tre CE -ve të ndryshme të HEC, MC dhe HPC me PAA, krahason sjelljen e tyre të montimit dhe analizon ndikimin e zëvendësuesve në montimin LBL. Hetoni efektin e pH në trashësinë e filmit, dhe ndryshimet e ndryshme të pH në formimin dhe shpërbërjen e filmit, dhe zhvilloni vetitë e thithjes së ujit të CE/PAA.
Materialet eksperimentale:
Acidi poliakrilik (PAA, MW = 450,000). Viskoziteti i zgjidhjes ujore 2wt. Metilceluloza (MC, një zgjidhje ujore 2wt% me një viskozitet prej 400 MPa · s dhe një shkallë të zëvendësimit prej 1.8). Celulozë hidroksipropil (HPC, një zgjidhje ujore 2WT.% Me një viskozitet prej 400 MPa · s dhe një shkallë të zëvendësimit prej 2.5).
Përgatitja e filmit:
Përgatitur nga montimi i shtresave të kristalit të lëngshëm në silikon në 25 ° C. Metoda e trajtimit të matricës së rrëshqitjes është si më poshtë: Thith në tretësirë acidike (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/VOL) për 30min, pastaj shpëlajeni me ujë të deionizuar disa herë derisa pH të bëhet neutral, dhe më në fund të thahet me nitrogjen të pastër. Asambleja LBL kryhet duke përdorur makineri automatike. Substrati u njom në mënyrë alternative në zgjidhjen CE (0.2 mg/ml) dhe zgjidhjen PAA (0.2 mg/ml), secila zgjidhje u njom për 4 min. Tre zhytje të shpëlarjes prej 1 min secila në ujë të deionizuar u kryen midis secilës zgjidhje për të hequr polimerin e bashkangjitur lirshëm. Vlerat e pH të zgjidhjes së montimit dhe zgjidhja e shpëlarjes u rregulluan në pH 2.0. Filmat e përgatitur si të përgatitura shënohen si (CE/PAA) n, ku N tregon ciklin e montimit. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 dhe (HPC/PAA) 30 u përgatitën kryesisht.
Karakterizimi i filmit:
Spektrat e reflektimit gati-normal u regjistruan dhe u analizuan me optikën e oqeanit nanocalc-xr, dhe u mat trashësia e filmave të depozituar në silikon. Me një substrat të zbrazët silikoni si sfond, spektri FT-IR i filmit të hollë në substratin e silikonit u mblodh në një spektrometër infra të kuqe Nicolet 8700.
Ndërveprimet e lidhjes së hidrogjenit midis PAA dhe CES:
Asambleja e HEC, MC dhe HPC me PAA në filmat LBL. Spektri infra të kuq i HEC/PAA, MC/PAA dhe HPC/PAA janë treguar në figurë. Sinjalet e forta IR të PAA dhe CES mund të vërehen qartë në spektrin IR të HEC/PAA, MC/PAA dhe HPC/PAA. Spektroskopia FT-IR mund të analizojë kompleksin e lidhjes së hidrogjenit midis PAA dhe CES duke monitoruar zhvendosjen e bandave karakteristike të thithjes. Lidhja e hidrogjenit midis CES dhe PAA kryesisht ndodh midis oksigjenit hidroksil të CES dhe grupit COOH të PAA. Pasi të jetë formuar lidhja e hidrogjenit, kulmi i kuq shtrirje zhvendoset në drejtimin e frekuencës së ulët.
Një kulm prej 1710 cm-1 është vërejtur për pluhur të pastër PAA. Kur poliakrilamidi u mblodh në filma me CES të ndryshme, majat e filmave HEC/PAA, MC/PAA dhe MPC/PAA ishin të vendosura në 1718 cm-1, 1720 cm-1 dhe 1724 cm-1, përkatësisht. Krahasuar me pluhur të pastër PAA, gjatësia e pikut të filmave HPC/PAA, MC/PAA dhe HEC/PAA u zhvendosën përkatësisht me 14, 10 dhe 8 cm - 1. Lidhja e hidrogjenit midis oksigjenit eter dhe COOH ndërpret lidhjen e hidrogjenit midis grupeve COOH. Sa më shumë lidhje hidrogjeni të formuara midis PAA dhe CE, aq më i madh është zhvendosja e pikut të CE/PAA në spektrin IR. HPC ka shkallën më të lartë të kompleksit të lidhjes së hidrogjenit, PAA dhe MC janë në mes, dhe HEC është më e ulta.
Sjellja e rritjes së filmave të përbërë të PAA dhe CES:
Sjellja e formimit të filmit të PAA dhe CES gjatë asamblesë LBL u hetua duke përdorur QCM dhe interferometrinë spektrale. QCM është efektive për monitorimin e rritjes së filmit në vend gjatë cikleve të para të montimit. Interferometrat spektralë janë të përshtatshëm për filmat e rritur mbi 10 cikle.
Filmi HEC/PAA tregoi një rritje lineare gjatë gjithë procesit të montimit LBL, ndërsa filmat MC/PAA dhe HPC/PAA treguan një rritje eksponenciale në fazat e hershme të montimit dhe më pas u shndërruan në një rritje lineare. Në rajonin e rritjes lineare, sa më e lartë të jetë shkalla e kompleksit, aq më e madhe është rritja e trashësisë për ciklin e montimit.
Efekti i pH të zgjidhjes në rritjen e filmit:
Vlera e pH e zgjidhjes ndikon në rritjen e filmit të përbërë polimer të lidhur me hidrogjen. Si një polelektrolit i dobët, PAA do të jonizohet dhe ngarkohet negativisht ndërsa pH i zgjidhjes rritet, duke penguar kështu shoqatën e lidhjes së hidrogjenit. Kur shkalla e jonizimit të PAA arriti në një nivel të caktuar, PAA nuk mund të mblidhej në një film me pranues të lidhjes së hidrogjenit në LBL.
Trashësia e filmit u ul me rritjen e pH të zgjidhjes, dhe trashësia e filmit u ul papritmas në pH2.5 HPC/PAA dhe PH3.0-3.5 HPC/PAA. Pika kritike e HPC/PAA ka të bëjë me pH 3.5, ndërsa ajo e HEC/PAA është rreth 3.0. Kjo do të thotë që kur pH i zgjidhjes së montimit është më i lartë se 3.5, filmi HPC/PAA nuk mund të formohet, dhe kur pH i zgjidhjes është më i lartë se 3.0, filmi HEC/PAA nuk mund të formohet. Për shkak të shkallës më të lartë të kompleksit të lidhjes së hidrogjenit të membranës HPC/PAA, vlera kritike e pH e membranës HPC/PAA është më e lartë se ajo e membranës HEC/PAA. Në zgjidhjen pa kripë, vlerat kritike të pH të komplekseve të formuara nga HEC/PAA, MC/PAA dhe HPC/PAA ishin përkatësisht rreth 2.9, 3.2 dhe 3.7. PH kritik i HPC/PAA është më i lartë se ai i HEC/PAA, i cili është në përputhje me atë të membranës LBL.
Performanca e thithjes së ujit të membranës CE/ PAA:
CES është e pasur me grupe hidroksil në mënyrë që të ketë thithjen e mirë të ujit dhe mbajtjen e ujit. Duke marrë si shembull membranën HEC/PAA, u studiua kapaciteti i adsorbimit të membranës CE/PAA të lidhur me hidrogjen në mjedis. Karakterizohet nga interferometria spektrale, trashësia e filmit rritet ndërsa filmi thith ujin. Ajo u vendos në një mjedis me lagështi të rregullueshme në 25 ° C për 24 orë për të arritur ekuilibrin e thithjes së ujit. Filmat u thanë në një furrë vakum (40 ° C) për 24 orë për të hequr plotësisht lagështinë.
Ndërsa lagështia rritet, filmi trashet. Në zonën e lagështisë së ulët prej 30%-50%, rritja e trashësisë është relativisht e ngadaltë. Kur lagështia tejkalon 50%, trashësia rritet me shpejtësi. Krahasuar me membranën PVPon/PAA të lidhura me hidrogjen, membrana HEC/PAA mund të thithë më shumë ujë nga mjedisi. Nën gjendjen e lagështisë relative prej 70%(25 ° C), diapazoni i trashjes së filmit PVPon/PAA është rreth 4%, ndërsa ai i filmit HEC/PAA është aq i lartë sa rreth 18%. Rezultatet treguan se megjithëse një sasi e caktuar e grupeve OH në sistemin HEC/PAA morën pjesë në formimin e lidhjeve të hidrogjenit, ende kishte një numër të konsiderueshëm të grupeve OH që ndërvepronin me ujin në mjedis. Prandaj, sistemi HEC/PAA ka veti të mira për thithjen e ujit.
në përfundim
(1) Sistemi HPC/PAA me shkallën më të lartë të lidhjes së hidrogjenit të CE dhe PAA ka rritjen më të shpejtë midis tyre, MC/PAA është në mes, dhe HEC/PAA është më e ulta.
(2) Filmi HEC/PAA tregoi një mënyrë lineare të rritjes gjatë gjithë procesit të përgatitjes, ndërsa dy filmat e tjerë MC/PAA dhe HPC/PAA treguan një rritje eksponenciale në ciklet e para, dhe më pas u shndërruan në një mënyrë lineare të rritjes.
(3) Rritja e filmit CE/PAA ka një varësi të fortë nga pH zgjidhja. Kur pH zgjidhja është më e lartë se pika e saj kritike, PAA dhe CE nuk mund të mblidhen në një film. Membrana e mbledhur CE/PAA ishte e tretshme në zgjidhje të larta pH.
(4) Meqenëse filmi CE/PAA është i pasur me OH dhe COOH, trajtimi i nxehtësisë e bën atë të ndërlidhur. Membrana CE/PAA e ndërlidhur ka një stabilitet të mirë dhe është i pazgjidhshëm në zgjidhje të larta pH.
(5) Filmi CE/PAA ka kapacitet të mirë të adsorbimit për ujë në mjedis.
Koha e postimit: Shkurt-18-2023