Araştırma Geçmişi
Doğal, bol ve yenilenebilir bir kaynak olan selüloz, erimeme ve sınırlı çözünürlük özellikleri nedeniyle pratik uygulamalarda büyük zorluklarla karşılaşmaktadır.Selüloz yapısındaki yüksek kristallik ve yüksek yoğunluklu hidrojen bağları, selülozun bozunmasını ancak sahip olma işlemi sırasında erimemesini ve suda ve çoğu organik çözücüde çözünmemesini sağlar.Türevleri, polimer zincirindeki anhidroglikoz birimleri üzerindeki hidroksil gruplarının esterifikasyonu ve eterifikasyonu ile üretilir ve doğal selülozla karşılaştırıldığında bazı farklı özellikler sergiler.Selülozun eterifikasyon reaksiyonu, gıda, kozmetik, farmasötik ve tıpta yaygın olarak kullanılan metil selüloz (MC), hidroksietil selüloz (HEC) ve hidroksipropil selüloz (HPC) gibi suda çözünebilen birçok selüloz eter üretebilir.Suda çözünebilen CE, polikarboksilik asitler ve polifenollerle hidrojen bağlı polimerler oluşturabilir.
Katman katman birleştirme (LBL), polimer kompozit ince filmlerin hazırlanmasında etkili bir yöntemdir.Aşağıda esas olarak üç farklı HEC, MC ve HPC CE'sinin PAA ile LBL düzeneği açıklanmakta, bunların düzenlenme davranışları karşılaştırılmakta ve ikame edicilerin LBL düzeneği üzerindeki etkisi analiz edilmektedir.PH'ın film kalınlığı üzerindeki etkisini ve film oluşumu ve çözünmesi üzerindeki farklı pH farklılıklarını araştırın ve CE/PAA'nın su emme özelliklerini geliştirin.
Deneysel Malzemeler:
Poliakrilik asit (PAA, Mw = 450.000).Hidroksietilselülozun (HEC) ağırlıkça %2 sulu çözeltisinin viskozitesi 300 mPa·s'dir ve ikame derecesi 2,5'tir.Metilselüloz (MC, 400 mPa.s viskoziteye ve 1.8 ikame derecesine sahip ağırlıkça %2 sulu çözelti).Hidroksipropil selüloz (HPC, 400 mPa.s viskoziteye ve 2,5 ikame derecesine sahip ağırlıkça %2 sulu çözelti).
Filmin hazırlanması:
25°C'de silikon üzerine sıvı kristal katman düzeneğiyle hazırlandı.Slayt matrisinin işleme yöntemi şu şekildedir: 30 dakika boyunca asidik çözeltide (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) bekletin, ardından pH nötr hale gelene kadar birkaç kez deiyonize suyla durulayın ve son olarak saf nitrojenle kurulayın.LBL montajı otomatik makineler kullanılarak gerçekleştirilir.Substrat dönüşümlü olarak CE çözeltisine (0,2 mg/mL) ve PAA çözeltisine (0,2 mg/mL) batırıldı, her çözelti 4 dakika süreyle ıslatıldı.Gevşek bir şekilde bağlanmış polimeri çıkarmak için her bir çözelti ıslatma arasında, her biri deiyonize su içinde 1 dakikalık üç durulama işlemi gerçekleştirildi.Montaj çözeltisinin ve durulama çözeltisinin pH değerlerinin her ikisi de pH 2,0'a ayarlandı.Hazırlanan filmler (CE/PAA)n olarak gösterilir; burada n, montaj döngüsünü belirtir.(HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 ve (HPC/PAA)30 esas olarak hazırlandı.
Filmin Karakterizasyonu:
Normale yakın yansıma spektrumları NanoCalc-XR Ocean Optics ile kaydedilip analiz edildi ve silikon üzerinde biriken filmlerin kalınlığı ölçüldü.Arka plan olarak boş bir silikon substrat ile, silikon substrat üzerindeki ince filmin FT-IR spektrumu bir Nicolet 8700 kızılötesi spektrometre üzerinde toplandı.
PAA ve CE'ler arasındaki hidrojen bağı etkileşimleri:
HEC, MC ve HPC'nin PAA ile LBL filmleri halinde birleştirilmesi.HEC/PAA, MC/PAA ve HPC/PAA'nın kızılötesi spektrumları şekilde gösterilmektedir.PAA ve CES'in güçlü IR sinyalleri, HEC/PAA, MC/PAA ve HPC/PAA'nın IR spektrumlarında açıkça gözlemlenebilir.FT-IR spektroskopisi, karakteristik absorpsiyon bantlarının kaymasını izleyerek PAA ve CES arasındaki hidrojen bağı kompleksleşmesini analiz edebilir.CES ve PAA arasındaki hidrojen bağı esas olarak CES'in hidroksil oksijeni ile PAA'nın COOH grubu arasında meydana gelir.Hidrojen bağı oluştuktan sonra, kırmızı tepe noktası, düşük frekans yönüne kayar.
Saf PAA tozu için 1710 cm-1'lik bir pik gözlendi.Poliakrilamid farklı CE'lere sahip filmler halinde birleştirildiğinde, HEC/PAA, MC/PAA ve MPC/PAA filmlerinin pikleri sırasıyla 1718 cm-1, 1720 cm-1 ve 1724 cm-1'de yer aldı.Saf PAA tozuyla karşılaştırıldığında, HPC/PAA, MC/PAA ve HEC/PAA filmlerinin tepe uzunlukları sırasıyla 14, 10 ve 8 cm−1 kaymıştır.Eter oksijen ile COOH arasındaki hidrojen bağı, COOH grupları arasındaki hidrojen bağını keser.PAA ve CE arasında ne kadar çok hidrojen bağı oluşursa, IR spektrumunda CE/PAA'nın tepe kayması o kadar büyük olur.HPC en yüksek derecede hidrojen bağı kompleksine sahiptir, PAA ve MC ortadadır ve HEC en düşüktür.
PAA ve CE'lerin kompozit filmlerinin büyüme davranışı:
LBL montajı sırasında PAA ve CE'lerin film oluşturma davranışı, QCM ve spektral interferometri kullanılarak araştırıldı.QCM, ilk birkaç montaj döngüsü sırasında film büyümesinin yerinde izlenmesinde etkilidir.Spektral interferometreler 10 döngüden fazla büyütülen filmler için uygundur.
HEC/PAA filmi, LBL montaj süreci boyunca doğrusal bir büyüme gösterirken, MC/PAA ve HPC/PAA filmleri montajın erken aşamalarında üstel bir büyüme gösterdi ve daha sonra doğrusal bir büyümeye dönüştü.Doğrusal büyüme bölgesinde, kompleksleşme derecesi ne kadar yüksek olursa montaj döngüsü başına kalınlık artışı da o kadar fazla olur.
Solüsyon pH'ının film büyümesi üzerindeki etkisi:
Çözeltinin pH değeri hidrojen bağlı polimer kompozit filmin büyümesini etkiler.Zayıf bir polielektrolit olarak PAA, çözeltinin pH'ı arttıkça iyonlaşacak ve negatif yüklenecek, böylece hidrojen bağı birleşimini engelleyecektir.PAA'nın iyonizasyon derecesi belirli bir seviyeye ulaştığında, PAA, LBL'deki hidrojen bağı alıcıları ile bir film halinde bir araya gelemedi.
Çözelti pH'sının artmasıyla film kalınlığı azaldı ve pH2.5 HPC/PAA ve pH3.0-3.5 HPC/PAA'da film kalınlığı aniden azaldı.HPC/PAA'nın kritik noktası yaklaşık pH 3,5 iken HEC/PAA'nın kritik noktası yaklaşık 3,0'dır.Bu, montaj çözeltisinin pH'ı 3,5'tan yüksek olduğunda HPC/PAA filminin oluşamayacağı ve çözeltinin pH'ı 3,0'dan yüksek olduğunda HEC/PAA filminin oluşamayacağı anlamına gelir.HPC/PAA membranının daha yüksek derecede hidrojen bağı kompleksi nedeniyle, HPC/PAA membranının kritik pH değeri HEC/PAA membranından daha yüksektir.Tuzsuz çözeltide HEC/PAA, MC/PAA ve HPC/PAA'nın oluşturduğu komplekslerin kritik pH değerleri sırasıyla yaklaşık 2,9, 3,2 ve 3,7 idi.HPC/PAA'nın kritik pH'ı, LBL membranınınkiyle tutarlı olan HEC/PAA'nınkinden daha yüksektir.
CE/PAA membranının su emme performansı:
CES, hidroksil grupları açısından zengin olduğundan iyi su emme ve su tutma özelliğine sahiptir.HEC/PAA membranı örnek alınarak hidrojen bağlı CE/PAA membranının ortamdaki suya adsorpsiyon kapasitesi incelenmiştir.Spektral interferometri ile karakterize edilen film kalınlığı, film suyu emdikçe artar.Su emme dengesinin sağlanması için 24 saat boyunca 25°C'de nemi ayarlanabilir bir ortama yerleştirildi.Nemin tamamen giderilmesi için filmler vakumlu bir fırında (40 °C) 24 saat kurutuldu.
Nem arttıkça film kalınlaşır.Nemin %30-%50 olduğu düşük alanda kalınlık artışı nispeten yavaştır.Nem %50'yi aştığında kalınlık hızla artar.Hidrojen bağlı PVPON/PAA membranıyla karşılaştırıldığında HEC/PAA membranı ortamdan daha fazla su emebilir.%70 (25°C) bağıl nem koşulu altında, PVPON/PAA filminin kalınlaşma aralığı yaklaşık %4 iken HEC/PAA filminin kalınlaşma aralığı yaklaşık %18 kadar yüksektir.Sonuçlar, HEC/PAA sistemindeki belirli miktarda OH grubunun hidrojen bağlarının oluşumuna katılmasına rağmen, yine de ortamda suyla etkileşime giren önemli sayıda OH grubunun bulunduğunu gösterdi.Bu nedenle HEC/PAA sistemi iyi su emme özelliklerine sahiptir.
Sonuç olarak
(1) CE ve PAA'nın en yüksek hidrojen bağlama derecesine sahip HPC/PAA sistemi aralarında en hızlı büyümeye sahiptir, MC/PAA ortada ve HEC/PAA en düşük seviyededir.
(2) HEC/PAA filmi hazırlık süreci boyunca doğrusal bir büyüme modu gösterirken, diğer iki film MC/PAA ve HPC/PAA ilk birkaç döngüde üstel bir büyüme gösterdi ve ardından doğrusal bir büyüme moduna dönüştü.
(3) CE/PAA filminin büyümesi, çözelti pH'ına güçlü bir bağımlılığa sahiptir.Çözeltinin pH'ı kritik noktasından yüksek olduğunda PAA ve CE bir film halinde birleşemez.Birleştirilen CE/PAA membranı yüksek pH'lı çözeltilerde çözünebilirdi.
(4) CE/PAA filmi OH ve COOH açısından zengin olduğundan ısıl işlem onu çapraz bağlı hale getirir.Çapraz bağlı CE/PAA membranı iyi bir stabiliteye sahiptir ve yüksek pH'lı çözeltilerde çözünmez.
(5) CE/PAA filmi ortamdaki su için iyi bir adsorpsiyon kapasitesine sahiptir.
Gönderim zamanı: Şubat-18-2023