Rannsóknarbakgrunnur
Sem náttúruleg, mikil og endurnýjanleg auðlind, lendir sellulósa í miklum áskorunum í hagnýtri notkun vegna þess að það bráðnar ekki og er takmarkað leysni. Hákristöllun og háþéttni vetnistengin í sellulósabyggingunni gera það að verkum að það brotnar niður en bráðnar ekki meðan á eignarferlinu stendur og óleysanlegt í vatni og flestum lífrænum leysum. Afleiður þeirra eru framleiddar með esterun og eteringu hýdroxýlhópanna á anhýdróglúkósaeiningum í fjölliðakeðjunni og munu sýna mismunandi eiginleika samanborið við náttúrulegan sellulósa. Eterunarviðbrögð sellulósa geta myndað marga vatnsleysanlega sellulósa etera, svo sem metýlsellulósa (MC), hýdroxýetýlsellulósa (HEC) og hýdroxýprópýlsellulósa (HPC), sem eru mikið notaðir í matvælum, snyrtivörum, í lyfjum og lyfjum. Vatnsleysanlegt CE getur myndað vetnistengdar fjölliður með pólýkarboxýlsýrum og pólýfenólum.
Layer-by-layer assembly (LBL) er áhrifarík aðferð til að útbúa þunnt fjölliða samsettar filmur. Eftirfarandi lýsir aðallega LBL samsetningu þriggja mismunandi CE af HEC, MC og HPC með PAA, ber saman samsetningarhegðun þeirra og greinir áhrif skiptihópa á LBL samsetningu. Rannsakaðu áhrif pH á filmuþykkt og mismunandi sýrustigsmun á filmumyndun og upplausn og þróaðu vatnsgleypni eiginleika CE/PAA.
Tilraunaefni:
Pólýakrýlsýra (PAA, Mw = 450.000). Seigja 2wt.% vatnslausnar af hýdroxýetýlsellulósa (HEC) er 300 mPa·s og skiptingarstigið er 2,5. Metýlsellulósa (MC, 2wt.% vatnslausn með seigju 400 mPa·s og skiptingarstig 1,8). Hýdroxýprópýlsellulósa (HPC, 2wt.% vatnslausn með seigju 400 mPa·s og skiptingarstig 2,5).
Kvikmyndaundirbúningur:
Unnið með fljótandi kristallagssamsetningu á sílikoni við 25°C. Meðhöndlunaraðferð glæragrunnsins er sem hér segir: leggið í súr lausn (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) í 30 mín, skolið síðan með afjónuðu vatni nokkrum sinnum þar til pH verður hlutlaust og þurrkið að lokum með hreinu köfnunarefni. LBL samsetning er framkvæmd með sjálfvirkum vélum. Undirlagið var lagt í bleyti til skiptis í CE lausn (0,2 mg/ml) og PAA lausn (0,2 mg/ml), hver lausn var lögð í bleyti í 4 mín. Þrjár skolun í bleyti í 1 mín. hver í afjónuðu vatni voru gerðar á milli hverrar bleytu í lausninni til að fjarlægja lauslega tengda fjölliðu. pH gildi samsetningarlausnarinnar og skollausnarinnar voru bæði stillt á pH 2,0. Filmurnar eins og þær eru undirbúnar eru táknaðar sem (CE/PAA)n, þar sem n táknar samsetningarferilinn. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 og (HPC/PAA)30 voru aðallega unnin.
Kvikmyndapersóna:
Nánast eðlileg endurkastsróf voru skráð og greind með NanoCalc-XR Ocean Optics og þykkt filmu sem sett var á sílikon var mæld. Með autt sílikon hvarfefni sem bakgrunn var FT-IR litróf þunnu filmunnar á sílikon undirlaginu safnað á Nicolet 8700 innrauða litrófsmæli.
Víxlverkanir vetnisbindinga milli PAA og CE:
Samsetning HEC, MC og HPC með PAA í LBL kvikmyndir. Innrauð litróf HEC/PAA, MC/PAA og HPC/PAA eru sýnd á myndinni. Sterk IR merki PAA og CES má greinilega sjá í IR litrófinu HEC/PAA, MC/PAA og HPC/PAA. FT-IR litrófsgreining getur greint vetnisbindingarfléttuna milli PAA og CES með því að fylgjast með breytingu á einkennandi frásogsböndum. Vetnisbindingin milli CES og PAA á sér stað aðallega á milli hýdroxýl súrefnis CES og COOH hópsins PAA. Eftir að vetnistengið er myndað, breytist rauður teygjutoppurinn í lágtíðnistefnuna.
Hámarki 1710 cm-1 sást fyrir hreint PAA duft. Þegar pólýakrýlamíð var sett saman í kvikmyndir með mismunandi CE, voru toppar HEC/PAA, MC/PAA og MPC/PAA kvikmynda staðsettir við 1718 cm-1, 1720 cm-1 og 1724 cm-1, í sömu röð. Í samanburði við hreint PAA duft færðust hámarkslengd HPC/PAA, MC/PAA og HEC/PAA kvikmynda um 14, 10 og 8 cm−1, í sömu röð. Vetnistengið milli etersúrefnisins og COOH truflar vetnistengið milli COOH hópanna. Því fleiri vetnistengi sem mynduðust á milli PAA og CE, því meiri er toppbreyting CE/PAA í IR litrófinu. HPC hefur hæsta stig vetnisbindingar, PAA og MC eru í miðjunni og HEC er lægst.
Vaxtarhegðun samsettra kvikmynda af PAA og CE:
Filmumyndandi hegðun PAA og CE við LBL samsetningu var rannsökuð með QCM og litrófstruflunum. QCM er áhrifaríkt til að fylgjast með filmuvexti á staðnum á fyrstu samsetningarlotunum. Spectral interferometers henta fyrir kvikmyndir sem eru ræktaðar yfir 10 lotur.
HEC/PAA kvikmyndin sýndi línulegan vöxt í gegnum LBL samsetningarferlið, en MC/PAA og HPC/PAA kvikmyndirnar sýndu veldisvísisvöxt á fyrstu stigum samsetningar og breyttust síðan í línulegan vöxt. Á línulega vaxtarsvæðinu, því hærra sem flækjustigið er, því meiri þykktarvöxtur á hverja samsetningarlotu.
Áhrif pH lausnar á filmuvöxt:
pH gildi lausnarinnar hefur áhrif á vöxt vetnistengdu fjölliða samsettu filmunnar. Sem veikt fjölraflausn verður PAA jónað og neikvætt hlaðið þegar pH lausnarinnar eykst og hindrar þar með vetnistengi. Þegar jónunarstig PAA náði ákveðnu stigi gat PAA ekki sett saman í filmu með vetnistengiviðurkennum í LBL.
Húðþykktin minnkaði með aukningu á pH lausnarinnar og filmuþykktin minnkaði skyndilega við pH2,5 HPC/PAA og pH3,0-3,5 HPC/PAA. Mikilvægi punktur HPC/PAA er um pH 3,5, en HEC/PAA er um 3,0. Þetta þýðir að þegar pH samsetningarlausnarinnar er hærra en 3,5 er ekki hægt að mynda HPC/PAA filmuna og þegar pH lausnarinnar er hærra en 3,0 er ekki hægt að mynda HEC/PAA filmuna. Vegna hærra stigs vetnisbindingarfléttunar HPC/PAA himnu er mikilvæga pH gildi HPC/PAA himnu hærra en HEC/PAA himnu. Í saltlausri lausn voru mikilvæg pH gildi fléttanna sem myndast af HEC/PAA, MC/PAA og HPC/PAA um 2,9, 3,2 og 3,7, í sömu röð. Mikilvæga pH-gildi HPC/PAA er hærra en HEC/PAA, sem er í samræmi við LBL-himnu.
Vatnsgleypni CE/PAA himnu:
CES er ríkt af hýdroxýlhópum þannig að það hefur gott vatnsupptöku og vökvasöfnun. Með því að taka HEC/PAA himnu sem dæmi var aðsogsgeta vetnistengdrar CE/PAA himnu við vatn í umhverfinu rannsökuð. Einkennist af litrófsrofsmælingum, filmuþykktin eykst eftir því sem filman gleypir vatn. Það var komið fyrir í umhverfi með stillanlegum raka við 25°C í 24 klukkustundir til að ná jafnvægi í frásog vatns. Filmurnar voru þurrkaðar í lofttæmi (40°C) í 24 klst til að fjarlægja rakann alveg.
Þegar rakastigið eykst þykknar filman. Á svæðinu með lágt rakastig, 30% -50%, er þykktarvöxturinn tiltölulega hægur. Þegar raki fer yfir 50% vex þykktin hratt. Í samanburði við vetnistengdu PVPON/PAA himnuna getur HEC/PAA himnan tekið upp meira vatn úr umhverfinu. Við skilyrði um 70% rakastig (25°C) er þykknunarsvið PVPON/PAA filmu um 4%, en HEC/PAA filmu er allt að um 18%. Niðurstöðurnar sýndu að þó að tiltekið magn af OH hópum í HEC/PAA kerfinu hafi tekið þátt í myndun vetnistengja þá var samt töluverður fjöldi OH hópa í víxlverkun við vatn í umhverfinu. Þess vegna hefur HEC/PAA kerfið góða vatnsgleypni.
að lokum
(1) HPC/PAA kerfið með hæstu vetnisbindingarstigið CE og PAA hefur hraðasta vöxtinn meðal þeirra, MC/PAA er í miðjunni og HEC/PAA er lægst.
(2) HEC/PAA kvikmyndin sýndi línulegan vaxtarham í gegnum undirbúningsferlið, en hinar tvær kvikmyndirnar MC/PAA og HPC/PAA sýndu veldisvísisvöxt á fyrstu lotunum og breyttust síðan í línulegan vaxtarham.
(3) Vöxtur CE/PAA filmu er mjög háður sýrustigi lausnarinnar. Þegar sýrustig lausnarinnar er hærra en mikilvæga punkturinn getur PAA og CE ekki safnast saman í filmu. Samsetta CE/PAA himnan var leysanleg í háum pH-lausnum.
(4) Þar sem CE/PAA kvikmyndin er rík af OH og COOH, gerir hitameðhöndlun hana krosstengda. Krosstengda CE/PAA himnan hefur góðan stöðugleika og er óleysanleg í háum pH-lausnum.
(5) CE/PAA kvikmyndin hefur góða aðsogsgetu fyrir vatn í umhverfinu.
Pósttími: 18-feb-2023