Antecedentes da Pesquisa
Por ser um recurso natural, abundante e renovável, a celulose encontra grandes desafios em aplicações práticas devido às suas propriedades de não fusão e solubilidade limitada.A alta cristalinidade e as ligações de hidrogênio de alta densidade na estrutura da celulose fazem com que ela se degrade, mas não derreta durante o processo de posse, e seja insolúvel em água e na maioria dos solventes orgânicos.Seus derivados são produzidos pela esterificação e eterificação dos grupos hidroxila nas unidades de glicose anidra na cadeia polimérica 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 metilcelulose (MC), hidroxietilcelulose (HEC) e hidroxipropilcelulose (HPC), que são amplamente utilizados em alimentos, cosméticos, produtos farmacêuticos e medicamentos.CE solúvel em água pode formar polímeros ligados a hidrogênio com ácidos policarboxílicos e polifenóis.
A montagem camada por camada (LBL) é um método eficaz para preparar filmes finos de compósitos poliméricos.A seguir descreve-se principalmente a montagem de LBL de três CEs diferentes de HEC, MC e HPC com PAA, compara seu comportamento de montagem e analisa a influência dos substituintes na montagem de 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, PM = 450.000).A viscosidade da solução aquosa de hidroxietilcelulose (HEC) a 2% em peso é 300 mPa·s e o grau de substituição é 2,5.Metilcelulose (MC, uma solução aquosa a 2% em peso com uma viscosidade de 400 mPa·s e um grau de substituição de 1,8).Hidroxipropilcelulose (HPC, uma solução aquosa a 2% em peso com uma viscosidade de 400 mPa·s e um grau de substituição de 2,5).
Preparação do filme:
Preparado por montagem de camada de cristal líquido em silício a 25°C.O método de tratamento da matriz da lâmina é o seguinte: mergulhar em solução ácida (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) por 30min, depois enxaguar várias vezes com água deionizada até que o pH se torne neutro e, finalmente, secar com nitrogênio puro.A montagem do LBL é realizada em máquinas automáticas.O substrato foi embebido alternadamente em solução CE (0,2 mg/mL) e solução PAA (0,2 mg/mL), cada solução foi embebida por 4 min.Três imersões de enxágue de 1 min cada em água deionizada foram realizadas entre cada imersão em solução para remover o polímero frouxamente ligado.Os valores de pH da solução de montagem e da solução de enxágue foram ambos ajustados para pH 2,0.Os filmes preparados são denotados como (CE/PAA)n, onde n denota o ciclo de 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 NanoCalc-XR Ocean Optics, e a espessura dos filmes depositados no silício foi medida.Com um substrato de silício em branco como fundo, o espectro FT-IR da película fina no substrato de silício foi recolhido num espectrómetro infravermelho Nicolet 8700.
Interações de ligações de hidrogênio entre PAA e CEs:
Montagem 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 da ligação de hidrogênio entre PAA e CES monitorando a mudança das bandas de absorção características.A ligação de hidrogênio entre CES e PAA ocorre principalmente entre o oxigênio hidroxila do CES e o grupo COOH do PAA.Depois que a ligação de hidrogênio é formada, o pico de alongamento vermelho muda para a direção de baixa frequência.
Um pico de 1710 cm-1 foi observado para o pó de PAA puro.Quando a poliacrilamida foi montada em filmes com diferentes CEs, os picos dos filmes HEC/PAA, MC/PAA e MPC/PAA localizaram-se 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 em 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 forem formadas entre PAA e CE, maior será o deslocamento do pico de CE/PAA nos espectros de IR.HPC tem o maior grau de complexação de ligações de hidrogênio, PAA e MC estão no meio e HEC é o mais baixo.
Comportamento de crescimento de filmes compósitos de PAA e CEs:
O comportamento de formação de filme de PAA e CEs durante a montagem de 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 10 ciclos.
O filme HEC/PAA apresentou um crescimento linear ao longo do processo de montagem do LBL, enquanto os filmes MC/PAA e HPC/PAA apresentaram um crescimento exponencial nas etapas iniciais da montagem e depois se transformaram em um crescimento linear.Na região de crescimento linear, quanto maior o grau de complexação, maior será o crescimento da espessura por ciclo de montagem.
Efeito do pH da solução no crescimento do filme:
O valor de pH da solução afecta o crescimento da película compósita polimérica ligada por hidrogénio.Como um polieletrólito fraco, o PAA será ionizado e carregado negativamente à medida que o pH da solução aumenta, inibindo assim a associação de ligações de hidrogênio.Quando o grau de ionização do PAA atingiu um certo nível, o PAA não conseguiu formar um filme com aceitadores de ligações de hidrogênio no LBL.
A espessura do filme diminuiu com o aumento do pH da solução, e a espessura do filme diminuiu repentinamente em pH 2,5 HPC/PAA e pH 3,0-3,5 HPC/PAA.O ponto crítico do HPC/PAA é cerca de pH 3,5, enquanto o do HEC/PAA é cerca de 3,0.Isto significa que quando o pH da solução de montagem é superior a 3,5, o filme de HPC/PAA não pode ser formado, e quando o pH da solução é superior a 3,0, o filme de HEC/PAA não pode ser formado.Devido ao maior grau de complexação de ligações de hidrogênio da membrana HPC/PAA, o valor crítico de pH da membrana HPC/PAA é maior do que o da membrana HEC/PAA.Em solução isenta de sal, os valores críticos de pH dos complexos formados por HEC/PAA, MC/PAA e HPC/PAA foram cerca de 2,9, 3,2 e 3,7, respectivamente.O pH crítico do HPC/PAA é superior ao do HEC/PAA, o que é consistente com o da membrana LBL.
Desempenho de absorção de água da membrana CE/PAA:
CES é rico em grupos hidroxila, por isso tem boa absorção e retenção de água.Tomando a membrana HEC/PAA como exemplo, foi estudada a capacidade de adsorção da membrana CE/PAA ligada a hidrogênio à água no meio ambiente.Caracterizado pela interferometria espectral, a espessura do filme aumenta à medida que o filme absorve água.Foi colocado em ambiente com umidade ajustável a 25°C por 24 horas para atingir o equilíbrio de absorção de água.Os filmes foram secos em estufa a vácuo (40 °C) por 24 horas para remoção completa da umidade.
À medida que a umidade aumenta, o filme fica mais espesso.Na área de baixa umidade de 30% a 50%, o crescimento da espessura é relativamente lento.Quando a umidade ultrapassa 50%, a espessura aumenta rapidamente.Comparada com a membrana PVPON/PAA ligada a hidrogênio, a membrana HEC/PAA pode absorver mais água do meio ambiente.Sob condições 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 chega a cerca de 18%.Os resultados mostraram que embora uma certa quantidade de grupos OH no sistema HEC/PAA participassem da formação de ligações de hidrogênio, ainda havia um número considerável de grupos 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 maior grau de ligação de hidrogênio de CE e PAA tem o crescimento mais rápido entre eles, MC/PAA está no meio e HEC/PAA é o mais baixo.
(2) O filme HEC/PAA apresentou um modo de crescimento linear ao longo do processo de preparação, enquanto os outros dois filmes MC/PAA e HPC/PAA apresentaram um crescimento exponencial nos primeiros ciclos, e depois transformados 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 superior ao seu ponto crítico, o PAA e o CE não podem formar um filme.A membrana CE/PAA montada era solúvel em soluções de pH elevado.
(4) Como o filme CE/PAA é rico em OH e COOH, o tratamento térmico o torna reticulado.A membrana CE/PAA reticulada tem boa estabilidade e é insolúvel em soluções de pH alto.
(5) O filme CE/PAA possui boa capacidade de adsorção de água no meio ambiente.
Horário da postagem: 18 de fevereiro de 2023