செல்லுலோஸ் ஈதர்/பாலிஅக்ரிலிக் அமிலம் ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு படம்

ஆராய்ச்சி பின்னணி

இயற்கையான, ஏராளமான மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க வளமாக, செல்லுலோஸ் அதன் உருகாத மற்றும் வரையறுக்கப்பட்ட கரைதிறன் பண்புகள் காரணமாக நடைமுறை பயன்பாடுகளில் பெரும் சவால்களை எதிர்கொள்கிறது.செல்லுலோஸ் கட்டமைப்பில் உள்ள உயர் படிகத்தன்மை மற்றும் அதிக அடர்த்தி கொண்ட ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் அதை சிதைக்கச் செய்கின்றன, ஆனால் உடைமை செயல்பாட்டின் போது உருகுவதில்லை, மேலும் நீர் மற்றும் பெரும்பாலான கரிம கரைப்பான்களில் கரையாது.அவற்றின் வழித்தோன்றல்கள் பாலிமர் சங்கிலியில் உள்ள அன்ஹைட்ரோகுளுக்கோஸ் அலகுகளில் ஹைட்ராக்சில் குழுக்களின் எஸ்டெரிஃபிகேஷன் மற்றும் ஈத்தரிஃபிகேஷன் மூலம் தயாரிக்கப்படுகின்றன, மேலும் இயற்கை செல்லுலோஸுடன் ஒப்பிடும்போது சில வேறுபட்ட பண்புகளை வெளிப்படுத்தும்.செல்லுலோஸின் ஈத்தரிஃபிகேஷன் வினையானது நீரில் கரையக்கூடிய பல செல்லுலோஸ் ஈதர்களை உருவாக்கலாம், அதாவது மீதைல் செல்லுலோஸ் (MC), ஹைட்ராக்சிதைல் செல்லுலோஸ் (HEC) மற்றும் ஹைட்ராக்ஸிப்ரோபில் செல்லுலோஸ் (HPC), இவை உணவு, அழகுசாதனப் பொருட்கள், மருந்துகள் மற்றும் மருத்துவத்தில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.நீரில் கரையக்கூடிய CE பாலிகார்பாக்சிலிக் அமிலங்கள் மற்றும் பாலிபினால்களுடன் ஹைட்ரஜன் பிணைக்கப்பட்ட பாலிமர்களை உருவாக்கலாம்.

லேயர்-பை-லேயர் அசெம்பிளி (எல்பிஎல்) என்பது பாலிமர் கலவை மெல்லிய பிலிம்களைத் தயாரிப்பதற்கான ஒரு சிறந்த முறையாகும்.பின்வருவது முக்கியமாக HEC, MC மற்றும் HPC இன் மூன்று வெவ்வேறு CEகளின் LBL அசெம்பிளியை PAA உடன் விவரிக்கிறது, அவற்றின் சட்டசபை நடத்தையை ஒப்பிடுகிறது மற்றும் LBL அசெம்பிளியில் மாற்றீடுகளின் செல்வாக்கை பகுப்பாய்வு செய்கிறது.ஃபிலிம் தடிமன் மீது pH இன் விளைவையும், பிலிம் உருவாக்கம் மற்றும் கரைப்பதில் pH இன் வெவ்வேறு வேறுபாடுகளையும் ஆராய்ந்து, CE/PAA இன் நீர் உறிஞ்சுதல் பண்புகளை உருவாக்கவும்.

பரிசோதனை பொருட்கள்:

பாலிஅக்ரிலிக் அமிலம் (PAA, Mw = 450,000).ஹைட்ராக்சிதைல்செல்லுலோஸின் (HEC) 2wt.% அக்வஸ் கரைசலின் பாகுத்தன்மை 300 mPa·s, மற்றும் மாற்று அளவு 2.5 ஆகும்.மெத்தில்செல்லுலோஸ் (MC, 400 mPa·s பாகுத்தன்மை மற்றும் 1.8 மாற்று அளவு கொண்ட 2wt.% அக்வஸ் கரைசல்).ஹைட்ராக்ஸிப்ரோபில் செல்லுலோஸ் (HPC, 400 mPa·s பாகுத்தன்மை மற்றும் 2.5 மாற்று அளவு கொண்ட 2wt.% அக்வஸ் கரைசல்).

திரைப்பட தயாரிப்பு:

25 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலையில் சிலிக்கானில் திரவ படிக அடுக்கு அசெம்பிளி மூலம் தயாரிக்கப்படுகிறது.ஸ்லைடு மேட்ரிக்ஸின் சிகிச்சை முறை பின்வருமாறு: அமிலக் கரைசலில் (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 நிமிடம் ஊறவைக்கவும், பின்னர் pH நடுநிலையாகும் வரை பல முறை டீயோனைஸ் செய்யப்பட்ட தண்ணீரில் துவைக்கவும், இறுதியாக தூய நைட்ரஜனுடன் உலரவும்.தானியங்கி இயந்திரங்களைப் பயன்படுத்தி LBL அசெம்பிளி செய்யப்படுகிறது.அடி மூலக்கூறு CE கரைசல் (0.2 mg/mL) மற்றும் PAA கரைசல் (0.2 mg/mL) ஆகியவற்றில் மாறி மாறி ஊறவைக்கப்பட்டது, ஒவ்வொரு கரைசலும் 4 நிமிடம் ஊறவைக்கப்பட்டது.தளர்வாக இணைக்கப்பட்ட பாலிமரை அகற்ற ஒவ்வொரு கரைசல் ஊறவைக்கும் இடையே டீயோனைஸ் செய்யப்பட்ட நீரில் தலா 1 நிமிடம் மூன்று துவைக்க ஊறவைக்கப்பட்டது.அசெம்பிளி கரைசலின் pH மதிப்புகள் மற்றும் கழுவுதல் கரைசல் இரண்டும் pH 2.0க்கு சரி செய்யப்பட்டது.தயாரிக்கப்பட்ட படங்கள் (CE/PAA)n எனக் குறிக்கப்படுகின்றன, இங்கு n என்பது சட்டசபை சுழற்சியைக் குறிக்கிறது.(HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 மற்றும் (HPC/PAA)30 முக்கியமாக தயாரிக்கப்பட்டன.

திரைப்படத் தன்மை:

நானோகால்க்-எக்ஸ்ஆர் பெருங்கடல் ஒளியியல் மூலம் சாதாரண பிரதிபலிப்பு நிறமாலை பதிவு செய்யப்பட்டு பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டது, மேலும் சிலிக்கானில் டெபாசிட் செய்யப்பட்ட படங்களின் தடிமன் அளவிடப்பட்டது.வெற்று சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறு பின்னணியாகக் கொண்டு, சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறில் உள்ள மெல்லிய படலத்தின் FT-IR ஸ்பெக்ட்ரம் ஒரு Nicolet 8700 அகச்சிவப்பு நிறமாலையில் சேகரிக்கப்பட்டது.

PAA மற்றும் CE களுக்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு இடைவினைகள்:

HEC, MC மற்றும் HPC இன் அசெம்பிளி PAA உடன் LBL படங்களில்.HEC/PAA, MC/PAA மற்றும் HPC/PAA இன் அகச்சிவப்பு நிறமாலை படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது.PAA மற்றும் CES இன் வலுவான IR சமிக்ஞைகள் HEC/PAA, MC/PAA மற்றும் HPC/PAA ஆகியவற்றின் IR நிறமாலையில் தெளிவாகக் காணப்படுகின்றன.FT-IR ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபியானது PAA மற்றும் CES க்கு இடையேயான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு சிக்கலான தன்மையை உறிஞ்சும் பட்டைகளின் மாற்றத்தை கண்காணிப்பதன் மூலம் பகுப்பாய்வு செய்யலாம்.CES மற்றும் PAA க்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு முக்கியமாக CES இன் ஹைட்ராக்சில் ஆக்ஸிஜன் மற்றும் PAA இன் COOH குழுவிற்கு இடையே ஏற்படுகிறது.ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு உருவான பிறகு, நீட்சி உச்ச சிவப்பு குறைந்த அதிர்வெண் திசைக்கு மாறுகிறது.

தூய PAA தூளுக்கு 1710 cm-1 உச்சம் காணப்பட்டது.பாலிஅக்ரிலாமைடு வெவ்வேறு CE களைக் கொண்ட படங்களில் இணைக்கப்பட்டபோது, ​​HEC/PAA, MC/PAA மற்றும் MPC/PAA படங்களின் உச்சங்கள் முறையே 1718 cm-1, 1720 cm-1 மற்றும் 1724 cm-1 என்ற அளவில் அமைந்திருந்தன.தூய PAA பவுடருடன் ஒப்பிடும்போது, ​​HPC/PAA, MC/PAA மற்றும் HEC/PAA படங்களின் உச்ச நீளம் முறையே 14, 10 மற்றும் 8 cm−1 ஆக மாற்றப்பட்டது.ஈதர் ஆக்ஸிஜனுக்கும் COOH க்கும் இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு COOH குழுக்களுக்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பைத் தடுக்கிறது.PAA மற்றும் CE க்கு இடையில் அதிக ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் உருவாகின்றன, IR நிறமாலையில் CE/PAA இன் உச்சநிலை மாற்றம் அதிகமாகும்.HPC ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு கலவையின் மிக உயர்ந்த அளவைக் கொண்டுள்ளது, PAA மற்றும் MC ஆகியவை நடுவில் உள்ளன, மேலும் HEC குறைவாக உள்ளது.

PAA மற்றும் CEகளின் கூட்டுப் படங்களின் வளர்ச்சி நடத்தை:

LBL அசெம்பிளியின் போது PAA மற்றும் CE களின் திரைப்படம் உருவாக்கும் நடத்தை QCM மற்றும் ஸ்பெக்ட்ரல் இன்டர்ஃபெரோமெட்ரியைப் பயன்படுத்தி ஆராயப்பட்டது.முதல் சில அசெம்பிளி சுழற்சிகளின் போது சிட்டுவில் பட வளர்ச்சியைக் கண்காணிக்க QCM பயனுள்ளதாக இருக்கும்.ஸ்பெக்ட்ரல் இன்டர்ஃபெரோமீட்டர்கள் 10 சுழற்சிகளுக்கு மேல் வளர்ந்த படங்களுக்கு ஏற்றது.

HEC/PAA திரைப்படம் LBL அசெம்பிளி செயல்முறை முழுவதும் ஒரு நேர்கோட்டு வளர்ச்சியைக் காட்டியது, அதே சமயம் MC/PAA மற்றும் HPC/PAA படங்கள் அசெம்பிளியின் ஆரம்ப கட்டங்களில் அதிவேக வளர்ச்சியைக் காட்டி பின்னர் நேரியல் வளர்ச்சியாக மாற்றப்பட்டது.நேரியல் வளர்ச்சிப் பகுதியில், சிக்கலான அளவு அதிகமாக இருந்தால், ஒரு சட்டசபை சுழற்சியின் தடிமன் வளர்ச்சி அதிகமாகும்.

பிலிம் வளர்ச்சியில் தீர்வு pH இன் விளைவு:

கரைசலின் pH மதிப்பு ஹைட்ரஜன் பிணைக்கப்பட்ட பாலிமர் கலவை படத்தின் வளர்ச்சியை பாதிக்கிறது.ஒரு பலவீனமான பாலிஎலக்ட்ரோலைட்டாக, கரைசலின் pH அதிகரிக்கும்போது PAA அயனியாக்கம் செய்யப்பட்டு எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்படும், இதனால் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புத் தொடர்பைத் தடுக்கிறது.PAA இன் அயனியாக்கத்தின் அளவு ஒரு குறிப்பிட்ட அளவை எட்டியபோது, ​​LBL இல் உள்ள ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு ஏற்பிகளைக் கொண்ட ஒரு படமாக PAAவால் இணைக்க முடியவில்லை.

கரைசல் pH இன் அதிகரிப்புடன் படத்தின் தடிமன் குறைந்தது, மேலும் pH2.5 HPC/PAA மற்றும் pH3.0-3.5 HPC/PAA இல் படத் தடிமன் திடீரென குறைந்தது.HPC/PAA இன் முக்கியமான புள்ளி pH 3.5 ஆகவும், HEC/PAA இன் முக்கியமான புள்ளி 3.0 ஆகவும் உள்ளது.அதாவது அசெம்பிளி கரைசலின் pH 3.5 ஐ விட அதிகமாக இருக்கும் போது, ​​HPC/PAA ஃபிலிம் உருவாக்க முடியாது, மேலும் கரைசலின் pH 3.0 ஐ விட அதிகமாக இருந்தால், HEC/PAA ஃபிலிம் உருவாக்க முடியாது.HPC/PAA மென்படலத்தின் அதிக அளவு ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு கலவையின் காரணமாக, HPC/PAA மென்படலத்தின் முக்கியமான pH மதிப்பு HEC/PAA சவ்வை விட அதிகமாக உள்ளது.உப்பு இல்லாத கரைசலில், HEC/PAA, MC/PAA மற்றும் HPC/PAA ஆகியவற்றால் உருவாக்கப்பட்ட வளாகங்களின் முக்கியமான pH மதிப்புகள் முறையே 2.9, 3.2 மற்றும் 3.7 ஆகும்.HPC/PAA இன் முக்கியமான pH ஆனது HEC/PAA ஐ விட அதிகமாக உள்ளது, இது LBL மென்படலத்துடன் ஒத்துப்போகிறது.

CE/ PAA மென்படலத்தின் நீர் உறிஞ்சுதல் செயல்திறன்:

CES ஹைட்ராக்சைல் குழுக்களில் நிறைந்துள்ளது, இதனால் அது நல்ல நீர் உறிஞ்சுதல் மற்றும் நீர் தக்கவைப்பைக் கொண்டுள்ளது.HEC/PAA சவ்வை உதாரணமாக எடுத்துக் கொண்டால், சுற்றுச்சூழலில் உள்ள தண்ணீருக்கு ஹைட்ரஜன் பிணைக்கப்பட்ட CE/PAA மென்படலத்தின் உறிஞ்சுதல் திறன் ஆய்வு செய்யப்பட்டது.ஸ்பெக்ட்ரல் இன்டர்ஃபெரோமெட்ரியால் வகைப்படுத்தப்படும், படம் தண்ணீரை உறிஞ்சும் போது படத்தின் தடிமன் அதிகரிக்கிறது.நீர் உறிஞ்சுதல் சமநிலையை அடைய 24 மணிநேரத்திற்கு 25 ° C இல் அனுசரிப்பு ஈரப்பதத்துடன் கூடிய சூழலில் இது வைக்கப்பட்டது.ஈரப்பதத்தை முழுவதுமாக அகற்ற, படங்கள் வெற்றிட அடுப்பில் (40 °C) 24 மணிநேரத்திற்கு உலர்த்தப்பட்டன.

ஈரப்பதம் அதிகரிக்கும் போது, ​​படம் கெட்டியாகிறது.30%-50% குறைந்த ஈரப்பதம் உள்ள பகுதியில், தடிமன் வளர்ச்சி ஒப்பீட்டளவில் மெதுவாக இருக்கும்.ஈரப்பதம் 50% ஐ விட அதிகமாக இருந்தால், தடிமன் வேகமாக வளரும்.ஹைட்ரஜன் பிணைக்கப்பட்ட PVPON/PAA சவ்வுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​HEC/PAA சவ்வு சுற்றுச்சூழலில் இருந்து அதிக நீரை உறிஞ்சும்.70% (25°C) ஈரப்பதத்தின் கீழ், PVPON/PAA ஃபிலிமின் தடித்தல் வரம்பு சுமார் 4% ஆகவும், HEC/PAA ஃபிலிம் 18% ஆகவும் இருக்கும்.HEC/PAA அமைப்பில் குறிப்பிட்ட அளவு OH குழுக்கள் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளை உருவாக்குவதில் பங்கு பெற்றாலும், இன்னும் கணிசமான எண்ணிக்கையிலான OH குழுக்கள் சுற்றுச்சூழலில் தண்ணீருடன் தொடர்புகொள்வதாக முடிவுகள் காட்டுகின்றன.எனவே, HEC/PAA அமைப்பு நல்ல நீர் உறிஞ்சும் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது.

முடிவில்

(1) CE மற்றும் PAA இன் உயர் ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு பட்டம் கொண்ட HPC/PAA அமைப்பு அவற்றில் மிக விரைவான வளர்ச்சியைக் கொண்டுள்ளது, MC/PAA நடுவில் உள்ளது மற்றும் HEC/PAA குறைவாக உள்ளது.

(2) HEC/PAA திரைப்படம் தயாரிப்பு செயல்முறை முழுவதும் ஒரு நேர்கோட்டு வளர்ச்சி முறையைக் காட்டியது, மற்ற இரண்டு படங்களும் MC/PAA மற்றும் HPC/PAA ஆகியவை முதல் சில சுழற்சிகளில் அதிவேக வளர்ச்சியைக் காட்டி, பின்னர் ஒரு நேரியல் வளர்ச்சி முறையில் மாற்றப்பட்டது.

(3) CE/PAA படத்தின் வளர்ச்சியானது pH கரைசலில் வலுவான சார்பைக் கொண்டுள்ளது.தீர்வு pH அதன் முக்கியமான புள்ளியை விட அதிகமாக இருக்கும் போது, ​​PAA மற்றும் CE ஆகியவை ஒரு படமாக இணைக்க முடியாது.கூடியிருந்த CE/PAA சவ்வு உயர் pH கரைசல்களில் கரையக்கூடியது.

(4) CE/PAA படத்தில் OH மற்றும் COOH அதிகமாக இருப்பதால், வெப்ப சிகிச்சை அதை குறுக்கு இணைக்கிறது.குறுக்கு-இணைக்கப்பட்ட CE/PAA சவ்வு நல்ல நிலைப்புத்தன்மை கொண்டது மற்றும் அதிக pH கரைசல்களில் கரையாதது.

(5) CE/PAA படமானது சுற்றுச்சூழலில் உள்ள தண்ணீருக்கான நல்ல உறிஞ்சுதல் திறனைக் கொண்டுள்ளது.