NanoIR Spectrometry Journal Club

Observación directa del agua encuadernada en superficies de algodón por microscopía de fuerza atómica y microscopía de fuerza atómica-espectroscopia infrarroja

por Takako Igarashi, Masato Hoshi, Koichi Nakamura, Takeshi Kaharu y Ken-ichiro Murata

Química C 2020, 124, 7, 4196-4201

En este artículo, el fenómeno muy familiar e interesante de los trapos de algodón húmedo que se vuelven rígidos después del secado natural fue estudiado con AFM y AFM-IR. Los resultados de este trabajo proporcionaron evidencia de la existencia de agua unida en la superficie de una sola fibra de algodón en condiciones secas naturalmente. Se propuso que el agua encuadernada funcionara como un agente de reticulación en los puntos de contacto entre fibras individuales y construya una red 3D, y dicha red de reticulación es responsable del mecanismo de endurecimiento de los tejidos de algodón seco.

En las mediciones de AFM, las curvas de fuerza se obtuvieron para fibras individuales de algodón en diferentes ambientes de humedad de RH 0% a 80%, y a partir de las curvas de fuerza, se calculó la fuerza de adhesión. Se observó que la fuerza de adhesión aumenta con el nivel de humedad, lo que indica la existencia de agua unida en la superficie más externa del algodón, y el nivel de humedad controla la cantidad de agua enlazada que contribuye a la fuerza de adhesión. En las mediciones AFM-IR, los espectros AFM-IR se registraron para fibras individuales de algodón bajo la condición de secado natural y una condición completamente seca. El espectro AFM-IR de fibra de celulosa seca naturalmente mostró dos bandas IR fuertes a 3300 y 3440 cm-1, que no se observaron para la fibra completamente seca, y por lo tanto se deben a los modos de estiramiento O-H de agua unida en la superficie de la fibra única de algodón. Esas dos bandas IR tienen formas muy diferentes de las del agua a granel e indican que el estado de unión al hidrógeno del agua unida está influenciado por la interacción con las superficies de celulosa. Las bandas de 3440 y 3300 cm-1 fueron asignadas al agua en la interfaz de fibra de agua de algodón y agua en la interfaz agua-aire, respectivamente. Se interpretó que la interacción hidrofóbica entre el agua y el aire fortalece la unión de hidrógeno entre las moléculas de agua y, por lo tanto, desplaza la banda de estiramiento O-H a un número de onda inferior.