Araşdırma fonu
Təbii, bol və bərpa olunan resurs kimi sellüloza əriməyən və məhdud həll olunma xüsusiyyətlərinə görə praktik tətbiqlərdə böyük çətinliklərlə üzləşir. Selülozun strukturunda yüksək kristallıq və yüksək sıxlıqlı hidrogen bağları onu parçalayır, lakin sahiblik prosesi zamanı ərimir və suda və əksər üzvi həlledicilərdə həll olunmur. Onların törəmələri polimer zəncirindəki anhidroqlükoza vahidlərindəki hidroksil qruplarının esterifikasiyası və eterləşdirilməsi nəticəsində əmələ gəlir və təbii sellüloza ilə müqayisədə bəzi fərqli xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Sellülozanın eterizasiya reaksiyası qida, kosmetika, əczaçılıq və tibbdə geniş istifadə olunan metilselüloz (MC), hidroksietilselüloz (HEC) və hidroksipropil selüloz (HPC) kimi bir çox suda həll olunan selüloz efirləri yarada bilər. Suda həll olunan CE polikarboksilik turşular və polifenollarla hidrogen bağlı polimerlər yarada bilər.
Layer-by-layer montajı (LBL) polimer kompozit nazik filmlərin hazırlanması üçün effektiv üsuldur. Aşağıda, əsasən, PAA ilə HEC, MC və HPC-nin üç müxtəlif CE-nin LBL yığılması təsvir edilir, onların montaj davranışı müqayisə edilir və əvəzedicilərin LBL yığımına təsiri təhlil edilir. pH-nin film qalınlığına təsirini və pH-ın plyonka əmələ gəlməsinə və həllinə müxtəlif fərqlərini araşdırın və CE/PAA-nın su udma xüsusiyyətlərini inkişaf etdirin.
Eksperimental materiallar:
Poliakrilik turşu (PAA, Mw = 450,000). Hidroksietilselülozun (HEC) 2 wt.%-li sulu məhlulunun özlülüyü 300 mPa·s, əvəzlənmə dərəcəsi isə 2,5-dir. Metilselüloz (MC, 400 mPa·s özlülük və 1,8 əvəzetmə dərəcəsi ilə 2 wt.% sulu məhlul). Hidroksipropil sellüloza (HPC, 400 mPa·s özlülük və 2,5 əvəzetmə dərəcəsi ilə 2 wt.% sulu məhlul).
Filmin hazırlanması:
25°C temperaturda silikon üzərində maye kristal təbəqənin yığılması ilə hazırlanmışdır. Slayd matrisinin müalicə üsulu belədir: turşu məhlulunda (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 dəqiqə isladın, sonra pH neytrallaşana qədər bir neçə dəfə deionlaşdırılmış su ilə yuyun və nəhayət, təmiz azotla qurudun. LBL montajı avtomatik maşından istifadə etməklə həyata keçirilir. Substrat növbə ilə CE məhlulunda (0,2 mq/mL) və PAA məhlulunda (0,2 mq/mL) isladılmış, hər bir məhlul 4 dəqiqə isladılmışdır. Boş yapışmış polimeri çıxarmaq üçün hər məhlulun islanması arasında deionlaşdırılmış suda hər biri 1 dəqiqəlik üç durulama aparıldı. Quraşdırma məhlulunun və durulama məhlulunun pH dəyərləri hər ikisi pH 2.0-a düzəldildi. Hazırlanmış filmlər (CE/PAA)n kimi işarələnir, burada n montaj dövrünü bildirir. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 və (HPC/PAA)30 əsasən hazırlanmışdır.
Filmin xarakteristikası:
NanoCalc-XR Ocean Optics ilə normala yaxın əks etdirici spektrlər qeydə alınıb və təhlil edilib və silisiumun üzərinə çökmüş filmlərin qalınlığı ölçülüb. Arxa fon kimi boş silikon substrat ilə silisium substratındakı nazik filmin FT-IR spektri Nicolet 8700 infraqırmızı spektrometrində toplandı.
PAA və CE-lər arasında hidrogen bağı qarşılıqlı təsirləri:
HEC, MC və HPC-nin PAA ilə LBL filmlərinə yığılması. HEC/PAA, MC/PAA və HPC/PAA-nın infraqırmızı spektrləri şəkildə göstərilmişdir. PAA və CES-in güclü İQ siqnalları HEC/PAA, MC/PAA və HPC/PAA-nın İR spektrlərində aydın şəkildə müşahidə oluna bilər. FT-IR spektroskopiyası xarakterik udma zolaqlarının yerdəyişməsinə nəzarət etməklə PAA və CES arasında hidrogen bağı kompleksini təhlil edə bilər. CES və PAA arasında hidrogen bağı əsasən CES-in hidroksil oksigeni və PAA-nın COOH qrupu arasında baş verir. Hidrogen bağı əmələ gəldikdən sonra uzanan pik qırmızı aşağı tezlikli istiqamətə keçir.
Saf PAA tozu üçün 1710 sm-1 pik müşahidə edildi. Poliakrilamid müxtəlif CE-lərə malik filmlərə yığıldıqda, HEC/PAA, MC/PAA və MPC/PAA filmlərinin zirvələri müvafiq olaraq 1718 sm-1, 1720 sm-1 və 1724 sm-1-də yerləşirdi. Saf PAA tozu ilə müqayisədə, HPC/PAA, MC/PAA və HEC/PAA filmlərinin pik uzunluqları müvafiq olaraq 14, 10 və 8 sm−1 dəyişdi. Efir oksigeni ilə COOH arasındakı hidrogen bağı COOH qrupları arasındakı hidrogen bağını kəsir. PAA və CE arasında nə qədər çox hidrogen bağı yaranarsa, İQ spektrlərində CE/PAA-nın pik sürüşməsi bir o qədər çox olur. HPC hidrogen bağı kompleksinin ən yüksək dərəcəsinə malikdir, PAA və MC ortadadır, HEC isə ən aşağıdır.
PAA və CE-lərin kompozit filmlərinin böyümə davranışı:
LBL montajı zamanı PAA və CE-lərin film əmələ gətirmə davranışı QCM və spektral interferometriyadan istifadə etməklə tədqiq edilmişdir. QCM ilk bir neçə montaj dövrü ərzində yerində film böyüməsini izləmək üçün effektivdir. Spektral interferometrlər 10 dövrədən çox böyüdülmüş filmlər üçün uyğundur.
HEC/PAA filmi LBL montaj prosesi boyunca xətti artım göstərdi, MC/PAA və HPC/PAA filmləri isə montajın ilkin mərhələlərində eksponensial artım göstərdi və sonra xətti böyüməyə çevrildi. Xətti böyümə bölgəsində, mürəkkəbləşmə dərəcəsi nə qədər yüksək olarsa, montaj dövrü başına qalınlığın artımı bir o qədər çox olar.
Məhlulun pH-nin film böyüməsinə təsiri:
Məhlulun pH dəyəri hidrogenlə bağlanmış polimer kompozit filminin böyüməsinə təsir göstərir. Zəif bir polielektrolit olaraq, məhlulun pH-ı artdıqca PAA ionlaşacaq və mənfi yüklənəcək və bununla da hidrogen rabitəsi assosiasiyasını maneə törədir. PAA-nın ionlaşma dərəcəsi müəyyən bir səviyyəyə çatdıqda, PAA LBL-də hidrogen bağı qəbulediciləri olan bir filmə yığıla bilmədi.
Məhlulun pH artması ilə film qalınlığı azaldı və pH2.5 HPC/PAA və pH3.0-3.5 HPC/PAA-da film qalınlığı birdən azaldı. HPC/PAA-nın kritik nöqtəsi təxminən pH 3,5, HEC/PAA isə təxminən 3,0-dır. Bu o deməkdir ki, montaj məhlulunun pH 3,5-dən yüksək olduqda HPC/PAA filmi, məhlulun pH 3,0-dan yüksək olduqda isə HEC/PAA filmi əmələ gələ bilməz. HPC/PAA membranının hidrogen bağı kompleksinin yüksək dərəcəsinə görə, HPC/PAA membranının kritik pH dəyəri HEC/PAA membranından daha yüksəkdir. Duzsuz məhlulda HEC/PAA, MC/PAA və HPC/PAA tərəfindən yaradılmış komplekslərin kritik pH dəyərləri müvafiq olaraq təxminən 2,9, 3,2 və 3,7 olmuşdur. HPC/PAA-nın kritik pH səviyyəsi HEC/PAA-dan yüksəkdir ki, bu da LBL membranına uyğundur.
CE/PAA membranının su udma performansı:
CES hidroksil qrupları ilə zəngindir, belə ki, yaxşı su udma və su tutma qabiliyyətinə malikdir. Nümunə olaraq HEC/PAA membranını götürərək, hidrogenlə bağlanmış CE/PAA membranının ətraf mühitdə suya adsorbsiya qabiliyyəti öyrənilmişdir. Spektral interferometriya ilə xarakterizə olunan filmin qalınlığı film suyu udduqca artır. Su udma tarazlığına nail olmaq üçün 24 saat ərzində 25°C-də tənzimlənən rütubətli bir mühitə yerləşdirildi. Filmlər rütubəti tamamilə çıxarmaq üçün vakuum sobasında (40 ° C) 24 saat qurudulur.
Rütubət artdıqca film qalınlaşır. 30%-50% aşağı rütubətli ərazidə qalınlığın artımı nisbətən yavaş olur. Rütubət 50% -dən çox olduqda, qalınlıq sürətlə böyüyür. Hidrogenlə bağlanmış PVPON/PAA membranı ilə müqayisədə HEC/PAA membranı ətraf mühitdən daha çox su udmaq qabiliyyətinə malikdir. Nisbi rütubətin 70% (25°C) şəraitində PVPON/PAA filminin qalınlaşma diapazonu təxminən 4%, HEC/PAA filminin qalınlaşması isə təxminən 18% təşkil edir. Nəticələr göstərdi ki, HEC/PAA sistemində müəyyən miqdarda OH qrupları hidrogen bağlarının formalaşmasında iştirak etsə də, hələ də ətraf mühitdə su ilə qarşılıqlı əlaqədə olan xeyli sayda OH qrupları mövcuddur. Buna görə də, HEC/PAA sistemi yaxşı su udma xüsusiyyətlərinə malikdir.
yekunda
(1) CE və PAA-nın ən yüksək hidrogen bağlanma dərəcəsinə malik HPC/PAA sistemi onların arasında ən sürətli böyüməyə malikdir, MC/PAA ortadadır və HEC/PAA ən aşağıdır.
(2) HEC/PAA filmi hazırlıq prosesi boyunca xətti böyümə rejimi göstərdi, digər iki film MC/PAA və HPC/PAA isə ilk bir neçə dövrədə eksponensial artım göstərdi və sonra xətti böyümə rejiminə çevrildi.
(3) CE/PAA filminin böyüməsi məhlulun pH-ından güclü asılılığa malikdir. Məhlul pH kritik nöqtəsindən yüksək olduqda, PAA və CE bir filmə yığıla bilməz. Yığılmış CE/PAA membranı yüksək pH məhlullarında həll olunurdu.
(4) CE/PAA filmi OH və COOH ilə zəngin olduğundan, istilik müalicəsi onu çarpaz əlaqələndirir. Çapraz bağlı CE/PAA membranı yaxşı sabitliyə malikdir və yüksək pH məhlullarında həll olunmur.
(5) CE/PAA filmi ətraf mühitdə su üçün yaxşı adsorbsiya qabiliyyətinə malikdir.
Göndərmə vaxtı: 18 fevral 2023-cü il