Antecedentes de pesquisa
Como um recurso natural, abundante e renovável, a celulose encontra grandes desafios em aplicações práticas devido às suas propriedades de solubilidade não-derretida e limitada. A alta cristalinidade e as ligações de hidrogênio de alta densidade na estrutura da celulose fazem com que a degradar, mas não derreta durante o processo de posse e insolúvel em água e a maioria dos solventes orgânicos. Seus derivados são produzidos pela esterificação e etinário dos grupos hidroxila nas unidades de anidroglucose na cadeia de polímeros e exibirão algumas propriedades diferentes em comparação com a celulose natural. A reação de eterificação da celulose pode gerar muitos éteres de celulose solúveis em água, como metillululose (MC), hidroxietillululose (HEC) e hidroxipropillululose (HPC), que são amplamente utilizados em alimentos, cosméticos em produtos farmacêuticos e medicamentos. O CE solúvel em água pode formar polímeros ligados a hidrogênio com ácidos policarboxílicos e polifenóis.
A montagem de camada por camada (LBL) é um método eficaz para a preparação de filmes finos compostos de polímero. O seguinte descreve principalmente a montagem LBL de três CEs diferentes de HEC, MC e HPC com PAA, compara seu comportamento de montagem e analisa a influência de substituintes na montagem do LBL. Investigue o efeito do pH na espessura do filme e as diferentes diferenças de pH na formação e dissolução do filme e desenvolva as propriedades de absorção de água do CE/PAA.
Materiais experimentais:
Ácido poliacrílico (PAA, MW = 450.000). A viscosidade da solução aquosa de 2WT. Metilcelulose (MC, uma solução aquosa de 2Wt. Com uma viscosidade de 400 MPa · se um grau de substituição de 1,8). Hidroxipropiluliculose (HPC, uma solução aquosa de 2WT. Com uma viscosidade de 400 MPa · se um grau de substituição de 2,5).
Preparação de filmes:
Preparado por conjunto da camada de cristal líquido em silício a 25 ° C. O método de tratamento da matriz de lâmina é o seguinte: molho em solução ácida (H2SO4/H2O2, 7/3VOL/vol) por 30 minutos e depois enxágue com água desionizada várias vezes até que o pH se torne neutro e finalmente seco com nitrogênio puro. O conjunto LBL é realizado usando máquinas automáticas. O substrato foi embebido alternadamente na solução CE (0,2 mg/ml) e na solução de PAA (0,2 mg/ml), cada solução foi embebida por 4 min. Foram realizadas três molhos de enxágue de 1 min em água desionizada entre cada solução para remover o polímero frouxamente anexado. Os valores de pH da solução de montagem e a solução de enxágue foram ajustados para pH 2,0. Os filmes preparados são denotados como (CE/PAA) N, onde n indica o ciclo da montagem. (HEC/PAA) 40, (MC/PAA) 30 e (HPC/PAA) 30 foram preparados principalmente.
Caracterização do filme:
Os espectros de refletância quase normais foram registrados e analisados com óptica oceânica Nanocalc-XR, e a espessura dos filmes depositados no silício foi medida. Com um substrato em branco de silício como plano de fundo, o espectro FT-IR do filme fino no substrato de silício foi coletado em um espectrômetro de infravermelho Nicolet 8700.
Interações de ligação de hidrogênio entre PAA e CES:
Assembléia de HEC, MC e HPC com PAA em filmes LBL. Os espectros infravermelhos de HEC/PAA, MC/PAA e HPC/PAA são mostrados na figura. Os fortes sinais de IR de PAA e CES podem ser claramente observados nos espectros de IR de HEC/PAA, MC/PAA e HPC/PAA. A espectroscopia FT-IR pode analisar a complexação de ligação de hidrogênio entre PAA e CES, monitorando a mudança de bandas de absorção características. A ligação de hidrogênio entre CES e PAA ocorre principalmente entre o oxigênio hidroxil da CES e o grupo COOH do PAA. Depois que a ligação de hidrogênio é formada, o pico de alongamento muda para a direção de baixa frequência.
Um pico de 1710 cm-1 foi observado para o pó pura de PAA. Quando a poliacrilamida foi montada em filmes com diferentes CEs, os picos dos filmes HEC/PAA, MC/PAA e MPC/PAA estavam localizados em 1718 cm-1, 1720 cm-1 e 1724 cm-1, respectivamente. Comparado com o pó de PAA puro, os comprimentos de pico dos filmes HPC/PAA, MC/PAA e HEC/PAA mudaram de 14, 10 e 8 cm -1, respectivamente. A ligação de hidrogênio entre o oxigênio éter e o COOH interrompe a ligação de hidrogênio entre os grupos COOH. Quanto mais ligações de hidrogênio se formaram entre PAA e CE, maior a mudança de pico do CE/PAA nos espectros de IR. O HPC possui o maior grau de complexação de ligação de hidrogênio, o PAA e o MC estão no meio e o HEC é o mais baixo.
Comportamento de crescimento de filmes compostos de PAA e CES:
O comportamento de formação de filme do PAA e CES durante a montagem do LBL foi investigado usando QCM e interferometria espectral. O QCM é eficaz para monitorar o crescimento do filme in situ durante os primeiros ciclos de montagem. Os interferômetros espectrais são adequados para filmes cultivados em mais de 10 ciclos.
O filme HEC/PAA mostrou um crescimento linear em todo o processo de montagem da LBL, enquanto os filmes MC/PAA e HPC/PAA mostraram um crescimento exponencial nos estágios iniciais da montagem e depois transformaram em um crescimento linear. Na região de crescimento linear, quanto maior o grau de complexação, maior o crescimento da espessura por ciclo de montagem.
Efeito do pH da solução no crescimento do filme:
O valor de pH da solução afeta o crescimento do filme composto de polímero ligado a hidrogênio. Como polieletrólito fraco, o PAA será ionizado e carregado negativamente à medida que o pH da solução aumenta, inibindo assim a associação de ligação de hidrogênio. Quando o grau de ionização do PAA atingiu um certo nível, o PAA não pôde se reunir em um filme com aceitadores de ligações de hidrogênio na LBL.
A espessura do filme diminuiu com o aumento do pH da solução, e a espessura do filme diminuiu repentinamente em Ph2.5 HPC/PAA e pH3.0-3,5 hpc/paa. O ponto crítico do HPC/PAA é de cerca de pH 3,5, enquanto o de HEC/PAA é de cerca de 3,0. Isso significa que, quando o pH da solução de montagem é superior a 3,5, o filme HPC/PAA não pode ser formado e quando o pH da solução é superior a 3,0, o filme HEC/PAA não pode ser formado. Devido ao maior grau de complexação de ligação de hidrogênio da membrana HPC/PAA, o valor crítico do pH da membrana HPC/PAA é maior que o da membrana HEC/PAA. Em solução sem sal, os valores críticos de pH dos complexos formados por HEC/PAA, MC/PAA e HPC/PAA foram de cerca de 2,9, 3,2 e 3,7, respectivamente. O pH crítico do HPC/PAA é maior que o do HEC/PAA, que é consistente com o da membrana LBL.
Desempenho de absorção de água da membrana CE/ PAA:
O CES é rico em grupos hidroxila, de modo que possui boa absorção de água e retenção de água. Tomando a membrana HEC/PAA como exemplo, a capacidade de adsorção da membrana CE/PAA ligada a hidrogênio para a água no ambiente foi estudada. Caracterizada por interferometria espectral, a espessura do filme aumenta à medida que o filme absorve a água. Foi colocado em um ambiente com umidade ajustável a 25 ° C por 24 horas para obter o equilíbrio da absorção de água. Os filmes foram secos em um forno a vácuo (40 ° C) por 24 h para remover completamente a umidade.
À medida que a umidade aumenta, o filme engrossa. Na área de baixa umidade de 30%a 50%, o crescimento da espessura é relativamente lento. Quando a umidade excede 50%, a espessura cresce rapidamente. Comparado com a membrana Pvpon/PAA ligada a hidrogênio, a membrana HEC/PAA pode absorver mais água do meio ambiente. Sob a condição de umidade relativa de 70%(25 ° C), a faixa de espessamento do filme Pvpon/PAA é de cerca de 4%, enquanto a do filme HEC/PAA é tão alta quanto 18%. Os resultados mostraram que, embora uma certa quantidade de grupos de OH no sistema HEC/PAA tenha participado da formação de ligações de hidrogênio, ainda havia um número considerável de grupos de OH interagindo com a água no ambiente. Portanto, o sistema HEC/PAA possui boas propriedades de absorção de água.
para concluir
(1) O sistema HPC/PAA com o maior grau de ligação de hidrogênio de CE e PAA tem o crescimento mais rápido entre eles, MC/PAA está no meio e o HEC/PAA é o mais baixo.
(2) O filme HEC/PAA mostrou um modo de crescimento linear durante todo o processo de preparação, enquanto os outros dois filmes MC/PAA e HPC/PAA mostraram um crescimento exponencial nos primeiros ciclos e depois se transformaram em um modo de crescimento linear.
(3) O crescimento do filme CE/PAA tem uma forte dependência do pH da solução. Quando o pH da solução é maior que seu ponto crítico, o PAA e o CE não podem se reunir em um filme. A membrana CE/PAA montada era solúvel em soluções de alto pH.
(4) Como o filme CE/PAA é rico em OH e COOH, o tratamento térmico o torna cruzado. A membrana CE/PAA reticulada tem boa estabilidade e é insolúvel em soluções de pH alto.
(5) O filme CE/PAA tem boa capacidade de adsorção de água no ambiente.
Horário de postagem: fevereiro de 18-2023