Зерттеу фон
Табиғи, мол және жаңартылатын ресурс ретінде целлюлоза балқымайтын және шектеулі ерігіштік қасиеттеріне байланысты практикалық қолдануда үлкен қиындықтарға тап болады. Целлюлоза құрылымындағы жоғары кристалды және жоғары тығыздықты сутегі байланыстары оны ыдыратады, бірақ иелену процесінде балқымайды, суда және көптеген органикалық еріткіштерде ерімейді. Олардың туындылары полимер тізбегіндегі гидроглюкоза бірліктеріндегі гидроксил топтарының этерификациясы және эфирленуі арқылы өндіріледі және табиғи целлюлозамен салыстырғанда кейбір басқа қасиеттерді көрсетеді. Целлюлозаның эфирлену реакциясы тамақта, косметикада, фармацевтикада және медицинада кеңінен қолданылатын метилцеллюлоза (MC), гидроксиэтил целлюлоза (HEC) және гидроксипропил целлюлоза (HPC) сияқты көптеген суда еритін целлюлоза эфирлерін түзе алады. Суда еритін СЭ поликарбон қышқылдары мен полифенолдармен сутегімен байланысқан полимерлерді құра алады.
Қабат-қабат құрастыру (LBL) - полимерлі композитті жұқа қабықшаларды дайындаудың тиімді әдісі. Төменде негізінен PAA бар HEC, MC және HPC үш түрлі CE LBL жинағын сипаттайды, олардың құрастыру әрекетін салыстырады және LBL жинағына алмастырғыштардың әсерін талдайды. Қабықша қалыңдығына рН әсерін және пленканың түзілуіне және еруіне рН әртүрлі айырмашылықтарын зерттеңіз және CE/PAA су сіңіру қасиеттерін дамытыңыз.
Эксперименттік материалдар:
Полиакрил қышқылы (PAA, Mw = 450 000). Гидроксиэтилцеллюлозаның (ГЭС) 2 масса% сулы ерітіндісінің тұтқырлығы 300 мПа·с, ал басу дәрежесі 2,5. Метилцеллюлоза (МК, тұтқырлығы 400 мПа·с және алмастыру дәрежесі 1,8 болатын 2 масса% сулы ерітінді). Гидроксипропил целлюлоза (HPC, тұтқырлығы 400 мПа·с және алмастыру дәрежесі 2,5 масса 2% сулы ерітінді).
Фильмді дайындау:
25°C температурада кремнийде сұйық кристалды қабат құрастыру арқылы дайындалған. Слайд матрицасын өңдеу әдісі келесідей: қышқыл ерітіндіде (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 минут бойы жібітіңіз, содан кейін рН бейтарап болғанша ионсыздандырылған сумен бірнеше рет шайыңыз, соңында таза азотпен құрғатыңыз. LBL құрастыру автоматты машина көмегімен орындалады. Субстрат кезек-кезек CE ерітіндісіне (0,2 мг/мл) және PAA ерітіндісіне (0,2 мг/мл) малынған, әрбір ерітінді 4 минут бойы суланған. Бос жабысқан полимерді кетіру үшін әр ерітіндінің арасында ионсыздандырылған суда әрқайсысы 1 минуттан үш шаю жібіту орындалды. Құрастыру ерітіндісінің және шаю ерітіндісінің рН мәндері екеуі де рН 2,0-ге реттелді. Дайындалған пленкалар (CE/PAA)n ретінде белгіленеді, мұнда n құрастыру циклін білдіреді. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 және (HPC/PAA)30 негізінен дайындалды.
Фильмнің сипаттамасы:
Қалыптыға жақын шағылысу спектрлері NanoCalc-XR Ocean Optics көмегімен жазылды және талданды және кремнийде тұндырылған пленкалардың қалыңдығы өлшенді. Фон ретінде бос кремний субстратымен кремний субстратындағы жұқа пленканың FT-IR спектрі Nicolet 8700 инфрақызыл спектрометрінде жиналды.
PAA және CE арасындағы сутегі байланысының әрекеттесуі:
LBL пленкаларына PAA бар HEC, MC және HPC құрастыру. HEC/PAA, MC/PAA және HPC/PAA инфрақызыл спектрлері суретте көрсетілген. PAA және CES күшті ИҚ сигналдарын HEC/PAA, MC/PAA және HPC/PAA IR спектрлерінде анық байқауға болады. FT-IR спектроскопиясы тән жұтылу жолақтарының жылжуын бақылау арқылы PAA және CES арасындағы сутегі байланысының кешенін талдай алады. CES және PAA арасындағы сутектік байланыс негізінен CES гидроксил оттегі мен PAA COOH тобы арасында болады. Сутегі байланысы пайда болғаннан кейін созылу шыңы қызыл төмен жиілікті бағытқа ауысады.
Таза PAA ұнтағы үшін 1710 см-1 шыңы байқалды. Полиакриламид әртүрлі CE бар пленкаларға жиналған кезде, HEC/PAA, MC/PAA және MPC/PAA пленкаларының шыңдары сәйкесінше 1718 см-1, 1720 см-1 және 1724 см-1 орналасты. Таза PAA ұнтағымен салыстырғанда, HPC/PAA, MC/PAA және HEC/PAA пленкаларының ең жоғары ұзындығы тиісінше 14, 10 және 8 см−1-ге ығысқан. Эфир оттегі мен СООН арасындағы сутектік байланыс COOH топтары арасындағы сутектік байланысты үзеді. PAA және CE арасында сутектік байланыстар неғұрлым көп болса, ИҚ спектрлерінде CE/PAA ең жоғары ығысуы соғұрлым жоғары болады. HPC сутектік байланыс комплексінің ең жоғары дәрежесіне ие, PAA және MC ортасында, ал HEC ең төмен.
PAA және CE композициялық пленкаларының өсу әрекеті:
LBL құрастыру кезінде PAA және CE қабықша түзу әрекеті QCM және спектральды интерферометрия көмегімен зерттелді. QCM алғашқы бірнеше құрастыру циклдерінде пленканың өсуін in situ бақылау үшін тиімді. Спектрлік интерферометрлер 10 циклден астам өсірілген пленкалар үшін жарамды.
HEC/PAA пленкасы LBL құрастыру процесінде сызықтық өсуді көрсетті, ал MC/PAA және HPC/PAA фильмдері құрастырудың бастапқы кезеңдерінде экспоненциалды өсуді көрсетті, содан кейін сызықтық өсуге айналды. Сызықтық өсу аймағында комплекс түзілу дәрежесі неғұрлым жоғары болса, құрастыру цикліндегі қалыңдықтың өсуі соғұрлым көп болады.
Қабықшаның өсуіне ерітінді рН әсері:
Ерітіндінің рН мәні сутегімен байланысқан полимер композиттік қабықтың өсуіне әсер етеді. Әлсіз полиэлектролит ретінде, ерітіндінің рН жоғарылағанда PAA иондалады және теріс зарядталады, осылайша сутегі байланысының байланысын тежейді. PAA иондану дәрежесі белгілі бір деңгейге жеткенде, PAA LBL-де сутектік байланыс акцепторлары бар пленкаға жинала алмады.
Қабық қалыңдығы ерітіндінің рН жоғарылауымен төмендеді, ал пленка қалыңдығы pH2,5 HPC/PAA және pH3,0-3,5 HPC/PAA кезінде кенет төмендеді. HPC/PAA сыни нүктесі шамамен рН 3,5, ал HEC/PAA шамамен 3,0. Бұл құрастыру ерітіндісінің рН мәні 3,5-тен жоғары болса, HPC/PAA қабықшасы түзілмейді, ал ерітіндінің рН 3,0-ден жоғары болса, HEC/PAA қабықшасы түзілмейді. HPC/PAA мембранасының сутегі байланысының күрделіленуінің жоғары дәрежесіне байланысты HPC/PAA мембранасының сыни рН мәні HEC/PAA мембранасынан жоғары. Тұзсыз ерітіндіде HEC/PAA, MC/PAA және HPC/PAA арқылы түзілген кешендердің маңызды рН мәндері сәйкесінше шамамен 2,9, 3,2 және 3,7 болды. HPC/PAA сыни рН мәні HEC/PAA деңгейінен жоғары, бұл LBL мембранасының деңгейіне сәйкес келеді.
CE/PAA мембранасының суды сіңіру өнімділігі:
CES гидроксил топтарына бай, сондықтан ол суды жақсы сіңіреді және суды сақтайды. Мысал ретінде HEC/PAA мембранасын алып, сутегімен байланысқан CE/PAA мембранасының қоршаған ортадағы суға адсорбциялық қабілеті зерттелді. Спектрлік интерферометриямен сипатталады, пленка суды сіңірген сайын пленка қалыңдығы артады. Ол суды сіңіру тепе-теңдігіне жету үшін 24 сағат бойы 25°C температурада реттелетін ылғалдылығы бар ортаға орналастырылды. Пленкалар ылғалды толығымен кетіру үшін вакуумдық пеште (40 °C) 24 сағат бойы кептірілді.
Ылғалдылық жоғарылаған сайын пленка қалыңдайды. 30%-50% ылғалдылығы төмен аймақта қалыңдықтың өсуі салыстырмалы түрде баяу. Ылғалдылық 50% асқанда, қалыңдығы тез өседі. Сутегімен байланысқан PVPON/PAA мембранасымен салыстырғанда, HEC/PAA мембранасы қоршаған ортадан көбірек суды сіңіре алады. Салыстырмалы ылғалдылық 70% (25°C) жағдайында PVPON/PAA пленкасының қоюлану диапазоны шамамен 4%, ал HEC/PAA пленкасы шамамен 18% құрайды. Нәтижелер HEC/PAA жүйесіндегі OH топтарының белгілі бір мөлшері сутегі байланыстарының түзілуіне қатысқанымен, қоршаған ортада сумен әрекеттесетін OH топтарының айтарлықтай саны әлі де бар екенін көрсетті. Сондықтан HEC/PAA жүйесі жақсы суды сіңіру қасиеттеріне ие.
қорытындысында
(1) CE және PAA сутегімен байланысу дәрежесі ең жоғары HPC/PAA жүйесі олардың арасында ең жылдам өсуге ие, MC/PAA ортасында, ал HEC/PAA ең төмен.
(2) HEC/PAA пленкасы бүкіл дайындық процесінде сызықтық өсу режимін көрсетті, ал қалған екі MC/PAA және HPC/PAA фильмдері алғашқы бірнеше циклде экспоненциалды өсуді көрсетті, содан кейін сызықтық өсу режиміне айналды.
(3) CE/PAA қабықшасының өсуі ерітіндінің рН-ына қатты тәуелді. Ерітінді рН оның критикалық нүктесінен жоғары болғанда, PAA және CE пленкаға жинала алмайды. Жиналған CE/PAA мембранасы рН жоғары ерітінділерде ериді.
(4) CE/PAA пленкасы OH және COOH-ға бай болғандықтан, термиялық өңдеу оны көлденең байланыстырады. Айқас байланысқан CE/PAA мембранасы жақсы тұрақтылыққа ие және жоғары рН ерітінділерінде ерімейді.
(5) CE/PAA пленкасы қоршаған ортадағы суды жақсы сіңіру қабілетіне ие.
Жіберу уақыты: 18 ақпан 2023 ж