Background sa Pagpanukiduki
Isip usa ka natural, abunda ug mabag-o nga kahinguhaan, ang selulusa nakasugat og dagkong mga hagit sa praktikal nga mga aplikasyon tungod sa dili pagkatunaw ug limitado nga mga kabtangan sa solubility. Ang taas nga crystallinity ug high-density nga hydrogen bond sa cellulose nga istruktura naghimo niini nga degrade apan dili matunaw sa panahon sa proseso sa pagpanag-iya, ug dili matunaw sa tubig ug kadaghanan sa mga organikong solvent. Ang ilang mga derivatives gihimo pinaagi sa esterification ug etherification sa hydroxyl nga mga grupo sa anhydroglucose nga mga yunit sa polymer chain, ug magpakita sa pipila ka lain-laing mga kabtangan kon itandi sa natural nga cellulose. Ang reaksyon sa etherification sa cellulose makamugna og daghang mga water-soluble cellulose ethers, sama sa methyl cellulose (MC), hydroxyethyl cellulose (HEC) ug hydroxypropyl cellulose (HPC), nga kaylap nga gigamit sa pagkaon, kosmetiko, sa mga parmasyutiko ug tambal. Ang matunaw sa tubig nga CE mahimong maporma ang hydrogen-bonded polymers nga adunay polycarboxylic acid ug polyphenols.
Ang Layer-by-layer Assembly (LBL) usa ka epektibo nga pamaagi sa pag-andam sa polymer composite thin films. Ang mosunod nag-una nga naghulagway sa LBL nga asembliya sa tulo ka lain-laing CE sa HEC, MC ug HPC uban sa PAA, nagtandi sa ilang asembliya nga kinaiya, ug nag-analisar sa impluwensya sa mga substituent sa LBL nga asembliya. Susiha ang epekto sa pH sa gibag-on sa pelikula, ug ang lain-laing mga kalainan sa pH sa film formation ug dissolution, ug pagpalambo sa tubig pagsuyup kabtangan sa CE/PAA.
Eksperimental nga mga Materyal:
Polyacrylic acid (PAA, Mw = 450,000). Ang viscosity sa 2wt.% aqueous solution sa hydroxyethylcellulose (HEC) kay 300 mPa·s, ug ang degree sa substitution mao ang 2.5. Methylcellulose (MC, usa ka 2wt.% aqueous solution nga adunay viscosity nga 400 mPa·s ug usa ka degree sa substitution nga 1.8). Hydroxypropyl cellulose (HPC, usa ka 2wt.% aqueous solution nga adunay viscosity nga 400 mPa·s ug usa ka degree sa substitution nga 2.5).
Pag-andam sa pelikula:
Giandam pinaagi sa liquid crystal layer assembly sa silicon sa 25°C. Ang pamaagi sa pagtambal sa slide matrix mao ang mosunod: ihumol sa acidic nga solusyon (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) sulod sa 30min, dayon hugasi sa deionized nga tubig sa makadaghang higayon hangtod nga ang pH mahimong neyutral, ug sa kataposan mamala sa lunsay nga nitroheno. Ang LBL assembly gihimo gamit ang automatic machinery. Ang substrate puli-puli nga gituslob sa CE nga solusyon (0.2 mg / mL) ug PAA nga solusyon (0.2 mg / mL), ang matag solusyon gituslob sa 4 min. Tulo ka rinse soaks sa 1 min matag usa sa deionized nga tubig gihimo sa taliwala sa matag solusyon soak aron makuha ang loosely attached polymer. Ang pH value sa assembly solution ug ang rinsing solution pareho nga gi-adjust sa pH 2.0. Ang ingon nga giandam nga mga pelikula gipaila nga (CE / PAA) n, diin ang n nagpasabut sa siklo sa asembliya. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 ug (HPC/PAA)30 ang nag-una nga giandam.
Paghulagway sa Pelikula:
Ang hapit-normal nga reflectance spectra ang natala ug gisusi gamit ang NanoCalc-XR Ocean Optics, ug gisukod ang gibag-on sa mga pelikula nga nadeposito sa silicon. Uban sa usa ka blangko nga silicon substrate ingon nga background, ang FT-IR spectrum sa manipis nga pelikula sa silicon substrate nakolekta sa usa ka Nicolet 8700 infrared spectrometer.
Mga interaksyon sa hydrogen bond tali sa PAA ug CE:
Asembliya sa HEC, MC ug HPC uban sa PAA ngadto sa LBL nga mga pelikula. Ang infrared spectra sa HEC/PAA, MC/PAA ug HPC/PAA gipakita sa hulagway. Ang lig-on nga IR signal sa PAA ug CES klaro nga makita sa IR spectra sa HEC/PAA, MC/PAA ug HPC/PAA. Ang FT-IR spectroscopy mahimong mag-analisar sa hydrogen bond complexation tali sa PAA ug CES pinaagi sa pag-monitor sa pagbalhin sa mga kinaiya nga pagsuyup nga mga banda. Ang hydrogen bonding tali sa CES ug PAA kasagarang mahitabo tali sa hydroxyl oxygen sa CES ug sa COOH nga grupo sa PAA. Human maporma ang hydrogen bond, ang nag-inat nga peak red mobalhin ngadto sa ubos nga frequency nga direksyon.
Usa ka peak sa 1710 cm-1 ang naobserbahan alang sa puro nga PAA powder. Kung ang polyacrylamide gitigum sa mga pelikula nga adunay lainlaing mga CE, ang mga taluktok sa HEC / PAA, MC / PAA ug MPC / PAA nga mga pelikula nahimutang sa 1718 cm-1, 1720 cm-1 ug 1724 cm-1, matag usa. Kung itandi sa puro nga PAA powder, ang peak nga gitas-on sa HPC / PAA, MC / PAA ug HEC / PAA nga mga pelikula gibalhin sa 14, 10 ug 8 cm−1, matag usa. Ang hydrogen bond tali sa ether oxygen ug COOH makabalda sa hydrogen bond tali sa COOH nga mga grupo. Ang mas daghang hydrogen bonds nga naporma tali sa PAA ug CE, mas dako ang peak shift sa CE/PAA sa IR spectra. Ang HPC adunay pinakataas nga lebel sa hydrogen bond complexation, ang PAA ug MC anaa sa tunga, ug ang HEC mao ang pinakaubos.
Mga kinaiya sa pagtubo sa mga komposit nga pelikula sa PAA ug CEs:
Ang pagporma sa pelikula nga kinaiya sa PAA ug CE sa panahon sa LBL assembly gisusi gamit ang QCM ug spectral interferometry. Epektibo ang QCM alang sa pagmonitor sa pagtubo sa pelikula sa lugar sa una nga pipila nga mga siklo sa asembliya. Ang mga spectral interferometer angay alang sa mga pelikula nga gipatubo sa 10 nga mga siklo.
Ang HEC/PAA nga salida nagpakita ug linear nga pagtubo sa tibuok proseso sa LBL assembly, samtang ang MC/PAA ug HPC/PAA nga mga salida nagpakita ug exponential growth sa unang mga hugna sa assembly ug dayon nahimong linear growth. Sa linear nga pagtubo nga rehiyon, mas taas ang lebel sa pagkakomplikado, mas dako ang gibag-on nga pagtubo matag siklo sa asembliya.
Epekto sa solusyon pH sa pagtubo sa pelikula:
Ang pH nga bili sa solusyon makaapekto sa pagtubo sa hydrogen bonded polymer composite film. Ingon usa ka huyang nga polyelectrolyte, ang PAA mahimong ionized ug negatibo nga gikargahan samtang ang pH sa solusyon nagdugang, sa ingon makapugong sa asosasyon sa hydrogen bond. Kung ang lebel sa ionization sa PAA nakaabot sa usa ka lebel, ang PAA dili makaipon sa usa ka pelikula nga adunay mga acceptor sa hydrogen bond sa LBL.
Ang gibag-on sa pelikula mikunhod uban ang pagtaas sa pH sa solusyon, ug ang gibag-on sa pelikula kalit nga mikunhod sa pH2.5 HPC/PAA ug pH3.0-3.5 HPC/PAA. Ang kritikal nga punto sa HPC/PAA mga pH 3.5, samtang ang sa HEC/PAA mga 3.0. Kini nagpasabut nga kung ang pH sa solusyon sa asembliya mas taas kaysa 3.5, ang pelikula sa HPC / PAA dili maporma, ug kung ang pH sa solusyon mas taas kaysa 3.0, ang HEC / PAA nga pelikula dili maporma. Tungod sa mas taas nga lebel sa hydrogen bond complexation sa HPC/PAA membrane, ang kritikal nga pH value sa HPC/PAA membrane mas taas kay sa HEC/PAA membrane. Sa solusyon nga walay asin, ang mga kritikal nga pH value sa mga complex nga naporma sa HEC/PAA, MC/PAA ug HPC/PAA mga 2.9, 3.2 ug 3.7, matag usa. Ang kritikal nga pH sa HPC / PAA mas taas kaysa sa HEC / PAA, nga nahiuyon sa LBL membrane.
Tubig pagsuyup performance sa CE/PAA lamad:
Ang CES dato sa hydroxyl groups aron kini adunay maayo nga pagsuyup sa tubig ug pagpabilin sa tubig. Ang pagkuha sa HEC/PAA membrane isip pananglitan, ang adsorption capacity sa hydrogen-bonded CE/PAA membrane sa tubig sa palibot gitun-an. Gihulagway sa spectral interferometry, ang gibag-on sa pelikula nagdugang samtang ang pelikula mosuhop sa tubig. Gibutang kini sa usa ka palibot nga adunay adjustable humidity sa 25 ° C sulod sa 24 ka oras aron makab-ot ang balanse sa pagsuyup sa tubig. Ang mga pelikula gipauga sa usa ka vacuum oven (40 °C) sulod sa 24 ka oras aron hingpit nga makuha ang kaumog.
Samtang nagkataas ang humidity, ang pelikula mobaga. Sa ubos nga humidity nga lugar nga 30% -50%, ang gibag-on nga pagtubo medyo hinay. Kung ang humidity molapas sa 50%, ang gibag-on kusog nga motubo. Kung itandi sa hydrogen-bonded PVPON/PAA membrane, ang HEC/PAA membrane makasuhop ug daghang tubig gikan sa kalikopan. Ubos sa kondisyon sa relatibong humidity nga 70% (25°C), ang thickening range sa PVPON/PAA film maoy mga 4%, samtang ang HEC/PAA film kay taas sa 18%. Gipakita sa mga resulta nga bisan kung ang usa ka piho nga kantidad sa mga grupo sa OH sa sistema sa HEC / PAA miapil sa pagporma sa mga bugkos sa hydrogen, adunay daghang daghang mga grupo sa OH nga nakig-uban sa tubig sa palibot. Busa, ang sistema sa HEC/PAA adunay maayong mga kabtangan sa pagsuyop sa tubig.
sa konklusyon
(1) Ang sistema sa HPC/PAA nga adunay pinakataas nga hydrogen bonding degree sa CE ug PAA adunay pinakapaspas nga pagtubo sa taliwala nila, ang MC/PAA anaa sa tunga-tunga, ug ang HEC/PAA mao ang pinakaubos.
(2) Ang HEC/PAA nga pelikula nagpakita ug linear growth mode sa tibuok proseso sa pagpangandam, samtang ang laing duha ka pelikula nga MC/PAA ug HPC/PAA nagpakita ug exponential growth sa unang pipila ka cycle, ug dayon giusab ngadto sa linear growth mode.
(3) Ang pagtubo sa CE / PAA film adunay lig-on nga pagsalig sa solusyon pH. Kung ang solusyon nga pH mas taas kaysa sa kritikal nga punto niini, ang PAA ug CE dili makaipon sa usa ka pelikula. Ang gitigom nga CE/PAA membrane kay matunaw sa taas nga pH nga solusyon.
(4) Tungod kay ang CE / PAA nga pelikula dato sa OH ug COOH, ang heat treatment naghimo niini nga cross-linked. Ang cross-linked CE/PAA membrane adunay maayo nga kalig-on ug dili matunaw sa taas nga pH nga mga solusyon.
(5) Ang CE / PAA nga pelikula adunay maayo nga kapasidad sa adsorption alang sa tubig sa palibot.
Oras sa pag-post: Peb-18-2023