সেলুলোজ ইথার/পলিঅ্যাক্রিলিক অ্যাসিড হাইড্রোজেন বন্ধন ফিল্ম

গবেষণার পটভূমি

প্রাকৃতিক, প্রচুর এবং পুনর্নবীকরণযোগ্য সম্পদ হিসেবে, সেলুলোজ তার অ-গলনশীলতা এবং সীমিত দ্রাব্যতার বৈশিষ্ট্যের কারণে ব্যবহারিক প্রয়োগে বড় চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হয়। সেলুলোজ কাঠামোতে উচ্চ স্ফটিকতা এবং উচ্চ-ঘনত্বের হাইড্রোজেন বন্ধন এটিকে দখল প্রক্রিয়ার সময় ক্ষয়প্রাপ্ত করে কিন্তু গলে না, এবং জলে এবং বেশিরভাগ জৈব দ্রাবকে অদ্রবণীয় করে তোলে। পলিমার শৃঙ্খলে অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ ইউনিটগুলিতে হাইড্রোক্সিল গ্রুপগুলির এস্টারিফিকেশন এবং ইথারিফিকেশন দ্বারা তাদের ডেরিভেটিভগুলি উত্পাদিত হয় এবং প্রাকৃতিক সেলুলোজের তুলনায় কিছু ভিন্ন বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করবে। সেলুলোজের ইথারিফিকেশন বিক্রিয়া অনেক জল-দ্রবণীয় সেলুলোজ ইথার তৈরি করতে পারে, যেমন মিথাইল সেলুলোজ (MC), হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ (HEC) এবং হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল সেলুলোজ (HPC), যা খাদ্য, প্রসাধনী, ওষুধ এবং ওষুধে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। জল-দ্রবণীয় CE পলিকার্বক্সিলিক অ্যাসিড এবং পলিফেনল সহ হাইড্রোজেন-বন্ধনযুক্ত পলিমার তৈরি করতে পারে।

স্তর-দ্বারা-স্তর সমাবেশ (LBL) হল পলিমার কম্পোজিট পাতলা ফিল্ম তৈরির একটি কার্যকর পদ্ধতি। নিম্নলিখিতটি মূলত PAA-এর সাথে HEC, MC এবং HPC-এর তিনটি ভিন্ন CE-এর LBL সমাবেশ বর্ণনা করে, তাদের সমাবেশ আচরণের তুলনা করে এবং LBL সমাবেশের উপর বিকল্প পদার্থের প্রভাব বিশ্লেষণ করে। ফিল্মের পুরুত্বের উপর pH-এর প্রভাব এবং ফিল্ম গঠন এবং দ্রবীভূতকরণের উপর pH-এর বিভিন্ন পার্থক্য অনুসন্ধান করে এবং CE/PAA-এর জল শোষণ বৈশিষ্ট্য বিকাশ করে।

পরীক্ষামূলক উপকরণ:

পলিঅ্যাক্রিলিক অ্যাসিড (PAA, Mw = 450,000)। হাইড্রোক্সিইথাইলসেলুলোজের (HEC) 2wt.% জলীয় দ্রবণের সান্দ্রতা 300 mPa·s, এবং প্রতিস্থাপনের মাত্রা 2.5। মিথাইলসেলুলোজ (MC, 400 mPa·s সান্দ্রতা এবং 1.8 ডিগ্রী প্রতিস্থাপন সহ 2wt.% জলীয় দ্রবণ)। হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল সেলুলোজ (HPC, 400 mPa·s সান্দ্রতা এবং 2.5 ডিগ্রী প্রতিস্থাপন সহ 2wt.% জলীয় দ্রবণ)।

চলচ্চিত্র প্রস্তুতি:

২৫°C তাপমাত্রায় সিলিকনের উপর তরল স্ফটিক স্তর সমাবেশ দ্বারা প্রস্তুত। স্লাইড ম্যাট্রিক্সের চিকিৎসা পদ্ধতি নিম্নরূপ: অ্যাসিডিক দ্রবণে (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) ৩০ মিনিট ভিজিয়ে রাখুন, তারপর pH নিরপেক্ষ না হওয়া পর্যন্ত ডিআয়োনাইজড জল দিয়ে কয়েকবার ধুয়ে ফেলুন এবং অবশেষে বিশুদ্ধ নাইট্রোজেন দিয়ে শুকান। LBL সমাবেশ স্বয়ংক্রিয় যন্ত্রপাতি ব্যবহার করে করা হয়। সাবস্ট্রেটটি পর্যায়ক্রমে CE দ্রবণ (0.2 mg/mL) এবং PAA দ্রবণ (0.2 mg/mL) দিয়ে ভিজিয়ে রাখা হয়েছিল, প্রতিটি দ্রবণ ৪ মিনিটের জন্য ভিজিয়ে রাখা হয়েছিল। আলগাভাবে সংযুক্ত পলিমার অপসারণের জন্য প্রতিটি দ্রবণের মধ্যে ১ মিনিট করে ডিআয়োনাইজড জলে তিনটি ধোয়া সোক করা হয়েছিল। সমাবেশ দ্রবণ এবং ধোয়ার দ্রবণের pH মান উভয়ই pH 2.0-এ সামঞ্জস্য করা হয়েছিল। প্রস্তুতকৃত ফিল্মগুলিকে (CE/PAA)n হিসাবে চিহ্নিত করা হয়েছে, যেখানে n সমাবেশ চক্রকে নির্দেশ করে। (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 এবং (HPC/PAA)30 মূলত প্রস্তুত করা হয়েছিল।

চলচ্চিত্র চরিত্রায়ন:

ন্যানোক্যালক-এক্সআর ওশান অপটিক্সের সাহায্যে প্রায়-স্বাভাবিক প্রতিফলন বর্ণালী রেকর্ড এবং বিশ্লেষণ করা হয়েছিল এবং সিলিকনের উপর জমা হওয়া ফিল্মের পুরুত্ব পরিমাপ করা হয়েছিল। পটভূমি হিসাবে একটি ফাঁকা সিলিকন সাবস্ট্রেট দিয়ে, সিলিকন সাবস্ট্রেটের পাতলা ফিল্মের FT-IR বর্ণালী একটি নিকোলেট 8700 ইনফ্রারেড স্পেকট্রোমিটারে সংগ্রহ করা হয়েছিল।

PAA এবং CE-এর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধনের মিথস্ক্রিয়া:

PAA দিয়ে HEC, MC এবং HPC এর LBL ফিল্মে সমাবেশ। HEC/PAA, MC/PAA এবং HPC/PAA এর ইনফ্রারেড বর্ণালী চিত্রে দেখানো হয়েছে। HEC/PAA, MC/PAA এবং HPC/PAA এর IR বর্ণালীতে PAA এবং CES এর শক্তিশালী IR সংকেত স্পষ্টভাবে লক্ষ্য করা যায়। FT-IR বর্ণালীকলা বৈশিষ্ট্যগত শোষণ ব্যান্ডের স্থানান্তর পর্যবেক্ষণ করে PAA এবং CES এর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন জটিলতা বিশ্লেষণ করতে পারে। CES এবং PAA এর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন মূলত CES এর হাইড্রোক্সিল অক্সিজেন এবং PAA এর COOH গ্রুপের মধ্যে ঘটে। হাইড্রোজেন বন্ধন তৈরি হওয়ার পরে, স্ট্রেচিং পিক রেড কম ফ্রিকোয়েন্সি দিকে স্থানান্তরিত হয়।

বিশুদ্ধ PAA পাউডারের সর্বোচ্চ উচ্চতা ১৭১০ সেমি-১ লক্ষ্য করা গেছে। যখন বিভিন্ন CE সহ ফিল্মে পলিঅ্যাক্রিলামাইড একত্রিত করা হয়েছিল, তখন HEC/PAA, MC/PAA এবং MPC/PAA ফিল্মের সর্বোচ্চ উচ্চতা যথাক্রমে ১৭১৮ সেমি-১, ১৭২০ সেমি-১ এবং ১৭২৪ সেমি-১ ছিল। বিশুদ্ধ PAA পাউডারের তুলনায়, HPC/PAA, MC/PAA এবং HEC/PAA ফিল্মের সর্বোচ্চ উচ্চতা যথাক্রমে ১৪, ১০ এবং ৮ সেমি-১ স্থানান্তরিত হয়। ইথার অক্সিজেন এবং COOH এর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন COOH গ্রুপের মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধনকে বাধাগ্রস্ত করে। PAA এবং CE এর মধ্যে যত বেশি হাইড্রোজেন বন্ধন তৈরি হয়, IR বর্ণালীতে CE/PAA এর সর্বোচ্চ উচ্চতা তত বেশি হয়। HPC এর হাইড্রোজেন বন্ধন জটিলতার সর্বোচ্চ মাত্রা রয়েছে, PAA এবং MC মাঝখানে থাকে এবং HEC সর্বনিম্ন।

PAA এবং CE-এর যৌগিক ফিল্মের বৃদ্ধির আচরণ:

LBL অ্যাসেম্বলির সময় PAA এবং CE-এর ফিল্ম-গঠনের আচরণ QCM এবং বর্ণালী ইন্টারফেরোমেট্রি ব্যবহার করে তদন্ত করা হয়েছিল। প্রথম কয়েকটি অ্যাসেম্বলি চক্রের সময় সিটুতে ফিল্ম বৃদ্ধি পর্যবেক্ষণের জন্য QCM কার্যকর। বর্ণালী ইন্টারফেরোমিটার 10 চক্রের বেশি উত্থিত ফিল্মের জন্য উপযুক্ত।

LBL অ্যাসেম্বলি প্রক্রিয়া জুড়ে HEC/PAA ফিল্মটি একটি রৈখিক বৃদ্ধি দেখিয়েছে, যেখানে MC/PAA এবং HPC/PAA ফিল্মগুলি অ্যাসেম্বলির প্রাথমিক পর্যায়ে একটি সূচকীয় বৃদ্ধি দেখিয়েছে এবং তারপর একটি রৈখিক বৃদ্ধিতে রূপান্তরিত হয়েছে। রৈখিক বৃদ্ধি অঞ্চলে, জটিলতার মাত্রা যত বেশি হবে, প্রতি অ্যাসেম্বলি চক্রে পুরুত্ব বৃদ্ধি তত বেশি হবে।

ফিল্ম বৃদ্ধির উপর দ্রবণের pH এর প্রভাব:

দ্রবণের pH মান হাইড্রোজেন বন্ডেড পলিমার কম্পোজিট ফিল্মের বৃদ্ধিকে প্রভাবিত করে। দুর্বল পলিইলেক্ট্রোলাইট হিসেবে, PAA আয়নিত হবে এবং দ্রবণের pH বৃদ্ধির সাথে সাথে ঋণাত্মকভাবে চার্জিত হবে, যার ফলে হাইড্রোজেন বন্ড অ্যাসোসিয়েশন বাধাগ্রস্ত হবে। যখন PAA এর আয়নীকরণের মাত্রা একটি নির্দিষ্ট স্তরে পৌঁছেছিল, তখন PAA LBL-তে হাইড্রোজেন বন্ড গ্রহণকারী সহ একটি ফিল্মে একত্রিত হতে পারেনি।

দ্রবণের pH বৃদ্ধির সাথে সাথে ফিল্মের পুরুত্ব হ্রাস পায় এবং pH2.5 HPC/PAA এবং pH3.0-3.5 HPC/PAA-তে ফিল্মের পুরুত্ব হঠাৎ করে হ্রাস পায়। HPC/PAA-এর গুরুত্বপূর্ণ বিন্দু প্রায় pH 3.5, যেখানে HEC/PAA-এর গুরুত্বপূর্ণ বিন্দু প্রায় 3.0। এর অর্থ হল যখন অ্যাসেম্বলি দ্রবণের pH 3.5-এর বেশি হয়, তখন HPC/PAA ফিল্ম তৈরি করা যায় না এবং যখন দ্রবণের pH 3.0-এর বেশি হয়, তখন HEC/PAA ফিল্ম তৈরি করা যায় না। HPC/PAA ঝিল্লির হাইড্রোজেন বন্ধন জটিলতার উচ্চ মাত্রার কারণে, HPC/PAA ঝিল্লির গুরুত্বপূর্ণ pH মান HEC/PAA ঝিল্লির চেয়ে বেশি হয়। লবণমুক্ত দ্রবণে, HEC/PAA, MC/PAA এবং HPC/PAA দ্বারা গঠিত জটিলগুলির গুরুত্বপূর্ণ pH মান যথাক্রমে প্রায় 2.9, 3.2 এবং 3.7 ছিল। HPC/PAA এর সমালোচনামূলক pH HEC/PAA এর চেয়ে বেশি, যা LBL মেমব্রেনের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।

CE/ PAA ঝিল্লির জল শোষণ কর্মক্ষমতা:

CES হাইড্রোক্সিল গ্রুপে সমৃদ্ধ, তাই এটির জল শোষণ এবং জল ধরে রাখার ক্ষমতা ভালো। HEC/PAA ঝিল্লিকে উদাহরণ হিসেবে নিয়ে, পরিবেশে জলে হাইড্রোজেন-বন্ডেড CE/PAA ঝিল্লির শোষণ ক্ষমতা অধ্যয়ন করা হয়েছিল। বর্ণালী ইন্টারফেরোমেট্রি দ্বারা চিহ্নিত, ফিল্মটি জল শোষণ করার সাথে সাথে ফিল্মের পুরুত্ব বৃদ্ধি পায়। জল শোষণের ভারসাম্য অর্জনের জন্য এটিকে 24 ঘন্টার জন্য 25°C তাপমাত্রায় স্থায়ী আর্দ্রতা সহ পরিবেশে স্থাপন করা হয়েছিল। আর্দ্রতা সম্পূর্ণরূপে অপসারণের জন্য ফিল্মগুলিকে 24 ঘন্টার জন্য ভ্যাকুয়াম ওভেনে (40°C) শুকানো হয়েছিল।

আর্দ্রতা বৃদ্ধির সাথে সাথে, ফিল্মটি ঘন হয়। 30%-50% কম আর্দ্রতা অঞ্চলে, পুরুত্ব বৃদ্ধি তুলনামূলকভাবে ধীর হয়। যখন আর্দ্রতা 50% ছাড়িয়ে যায়, তখন পুরুত্ব দ্রুত বৃদ্ধি পায়। হাইড্রোজেন-বন্ডেড PVPON/PAA মেমব্রেনের তুলনায়, HEC/PAA মেমব্রেন পরিবেশ থেকে আরও বেশি জল শোষণ করতে পারে। 70% (25°C) আপেক্ষিক আর্দ্রতার শর্তে, PVPON/PAA ফিল্মের ঘনত্বের পরিসীমা প্রায় 4%, যেখানে HEC/PAA ফিল্মের ঘনত্ব প্রায় 18%। ফলাফলগুলি দেখায় যে যদিও HEC/PAA সিস্টেমে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে OH গ্রুপ হাইড্রোজেন বন্ধন গঠনে অংশগ্রহণ করেছিল, তবুও পরিবেশে জলের সাথে মিথস্ক্রিয়াকারী উল্লেখযোগ্য সংখ্যক OH গ্রুপ ছিল। অতএব, HEC/PAA সিস্টেমের জল শোষণের ভাল বৈশিষ্ট্য রয়েছে।

উপসংহারে

(১) CE এবং PAA এর সর্বোচ্চ হাইড্রোজেন বন্ধন ডিগ্রি সহ HPC/PAA সিস্টেমের বৃদ্ধি সবচেয়ে দ্রুত, MC/PAA মাঝখানে এবং HEC/PAA সবচেয়ে কম।

(২) প্রস্তুতি প্রক্রিয়া জুড়ে HEC/PAA ফিল্মটি একটি রৈখিক বৃদ্ধি মোড দেখিয়েছে, যেখানে অন্য দুটি ফিল্ম MC/PAA এবং HPC/PAA প্রথম কয়েকটি চক্রে সূচকীয় বৃদ্ধি দেখিয়েছে, এবং তারপর একটি রৈখিক বৃদ্ধি মোডে রূপান্তরিত হয়েছে।

(৩) CE/PAA ফিল্মের বৃদ্ধি দ্রবণের pH এর উপর নির্ভরশীল। যখন দ্রবণের pH তার গুরুত্বপূর্ণ বিন্দুর চেয়ে বেশি হয়, তখন PAA এবং CE একটি ফিল্মে একত্রিত হতে পারে না। একত্রিত CE/PAA মেমব্রেন উচ্চ pH দ্রবণে দ্রবণীয় ছিল।

(৪) যেহেতু CE/PAA ফিল্মটি OH এবং COOH সমৃদ্ধ, তাই তাপ চিকিত্সা এটিকে ক্রস-লিঙ্কড করে তোলে। ক্রস-লিঙ্কড CE/PAA মেমব্রেনের ভালো স্থায়িত্ব রয়েছে এবং উচ্চ pH দ্রবণে এটি অদ্রবণীয়।

(৫) CE/PAA ফিল্মের পরিবেশে জল শোষণ ক্ষমতা ভালো।