සෙලියුලෝස් ඊතර්/පොලියැක්‍රිලික් අම්ල හයිඩ්‍රජන් බන්ධන පටලය

පර්යේෂණ පසුබිම

ස්වාභාවික, බහුල සහ පුනර්ජනනීය සම්පතක් ලෙස, සෙලියුලෝස් එහි දිය නොවන සහ සීමිත ද්‍රාව්‍යතා ගුණාංග නිසා ප්‍රායෝගික යෙදීම් වලදී විශාල අභියෝගවලට මුහුණ දෙයි. සෙලියුලෝස් ව්‍යුහයේ ඇති ඉහළ ස්ඵටිකතාව සහ ඉහළ ඝනත්ව හයිඩ්‍රජන් බන්ධන එය සන්තකයේ තබා ගැනීමේ ක්‍රියාවලියේදී දිරාපත් වීමට හේතු වන නමුත් දිය නොවන අතර ජලයේ සහ බොහෝ කාබනික ද්‍රාවකවල දිය නොවේ. ඒවායේ ව්‍යුත්පන්න පොලිමර් දාමයේ ඇන්හයිඩ්‍රොග්ලූකෝස් ඒකක මත හයිඩ්‍රොක්සයිල් කාණ්ඩවල එස්ටරීකරණය සහ ඊතරීකරණය මගින් නිපදවන අතර ස්වාභාවික සෙලියුලෝස් හා සසඳන විට යම් වෙනස් ගුණාංග ප්‍රදර්ශනය කරනු ඇත. සෙලියුලෝස් වල ඊතරීකරණ ප්‍රතික්‍රියාව මගින් ආහාර, රූපලාවන්‍ය ද්‍රව්‍ය, ඖෂධ සහ වෛද්‍ය විද්‍යාවේ බහුලව භාවිතා වන මෙතිල් සෙලියුලෝස් (MC), හයිඩ්‍රොක්සිඑතිල් සෙලියුලෝස් (HEC) සහ හයිඩ්‍රොක්සිප්‍රොපයිල් සෙලියුලෝස් (HPC) වැනි බොහෝ ජල-ද්‍රාව්‍ය සෙලියුලෝස් ඊතර් ජනනය කළ හැකිය. ජල-ද්‍රාව්‍ය CE හට පොලිකාබොක්සිලික් අම්ල සහ පොලිෆෙනෝල් සමඟ හයිඩ්‍රජන්-බන්ධිත පොලිමර් සෑදිය හැකිය.

ස්ථර-පරිමාණ එකලස් කිරීම (LBL) යනු පොලිමර් සංයුක්ත තුනී පටල සකස් කිරීම සඳහා ඵලදායී ක්‍රමයකි. පහත දැක්වෙන්නේ ප්‍රධාන වශයෙන් HEC, MC සහ HPC යන විවිධ CE තුනක LBL එකලස් කිරීම PAA සමඟ විස්තර කරයි, ඒවායේ එකලස් කිරීමේ හැසිරීම සංසන්දනය කරයි, සහ LBL එකලස් කිරීම මත ආදේශකවල බලපෑම විශ්ලේෂණය කරයි. පටල ඝණකම මත pH හි බලපෑම සහ පටල සෑදීම සහ විසුරුවා හැරීම මත pH හි විවිධ වෙනස්කම් විමර්ශනය කර CE/PAA හි ජල අවශෝෂණ ගුණාංග වර්ධනය කරයි.

පර්යේෂණාත්මක ද්‍රව්‍ය:

පොලිඇක්‍රිලික් අම්ලය (PAA, Mw = 450,000). හයිඩ්‍රොක්සිඑතිල් සෙලියුලෝස් (HEC) හි 2wt.% ජලීය ද්‍රාවණයේ දුස්ස්රාවිතතාවය 300 mPa·s වන අතර ආදේශන උපාධිය 2.5 කි. මෙතිල් සෙලියුලෝස් (MC, 400 mPa·s දුස්ස්රාවීතාවය සහ 1.8 ප්‍රතිස්ථාපන උපාධියක් සහිත 2wt.% ජලීය ද්‍රාවණයකි). හයිඩ්‍රොක්සිප්‍රොපයිල් සෙලියුලෝස් (HPC, 400 mPa·s දුස්ස්රාවීතාවය සහ 2.5 ප්‍රතිස්ථාපන උපාධියක් සහිත 2wt.% ජලීය ද්‍රාවණයකි).

චිත්‍රපට සූදානම:

25°C දී සිලිකන් මත ද්‍රව ස්ඵටික ස්ථර එකලස් කිරීම මගින් සකස් කර ඇත. ස්ලයිඩ් අනුකෘතියේ ප්‍රතිකාර ක්‍රමය පහත පරිදි වේ: ආම්ලික ද්‍රාවණයක (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) විනාඩි 30ක් පොඟවා, පසුව pH අගය උදාසීන වන තෙක් කිහිප වතාවක් අයනීකරණය කළ ජලයෙන් සෝදා, අවසානයේ පිරිසිදු නයිට්‍රජන් සමඟ වියළා ගන්න. LBL එකලස් කිරීම ස්වයංක්‍රීය යන්ත්‍රෝපකරණ භාවිතයෙන් සිදු කෙරේ. උපස්ථරය විකල්ප වශයෙන් CE ද්‍රාවණය (0.2 mg/mL) සහ PAA ද්‍රාවණය (0.2 mg/mL) තුළ පොඟවා ඇති අතර, සෑම ද්‍රාවණයක්ම මිනිත්තු 4ක් පොඟවා ඇත. ලිහිල්ව සවි කර ඇති පොලිමර් ඉවත් කිරීම සඳහා එක් එක් ද්‍රාවණය පොඟවා ගැනීම අතර ඩියෝනීකරණය කළ ජලයේ මිනිත්තු 1 බැගින් වූ සේදීමේ පොඟවා ගැනීම් තුනක් සිදු කරන ලදී. එකලස් කිරීමේ ද්‍රාවණයේ සහ සේදීමේ ද්‍රාවණයේ pH අගයන් දෙකම pH අගය 2.0 ට සකස් කරන ලදී. සකස් කළ පරිදි පටල (CE/PAA)n ලෙස දැක්වේ, එහිදී n එකලස් කිරීමේ චක්‍රය දක්වයි. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 සහ (HPC/PAA)30 ප්‍රධාන වශයෙන් සකස් කරන ලදී.

චිත්‍රපට චරිත නිරූපණය:

NanoCalc-XR Ocean Optics භාවිතයෙන් සාමාන්‍යයට ආසන්න පරාවර්තන වර්ණාවලි පටිගත කර විශ්ලේෂණය කරන ලද අතර සිලිකන් මත තැන්පත් කර ඇති පටලවල ඝණකම මනින ලදී. හිස් සිලිකන් උපස්ථරයක් පසුබිම ලෙස තබා ගනිමින්, සිලිකන් උපස්ථරයේ තුනී පටලයේ FT-IR වර්ණාවලිය නිකොලට් 8700 අධෝරක්ත වර්ණාවලීක්ෂයක් මත එකතු කරන ලදී.

PAA සහ CE අතර හයිඩ්‍රජන් බන්ධන අන්තර්ක්‍රියා:

HEC, MC සහ HPC, PAA සමඟ LBL පටලවලට එකලස් කිරීම. HEC/PAA, MC/PAA සහ HPC/PAA හි අධෝරක්ත වර්ණාවලිය රූපයේ දැක්වේ. PAA සහ CES හි ප්‍රබල IR සංඥා HEC/PAA, MC/PAA සහ HPC/PAA හි IR වර්ණාවලියේ පැහැදිලිව නිරීක්ෂණය කළ හැකිය. FT-IR වර්ණාවලීක්ෂය මගින් PAA සහ CES අතර හයිඩ්‍රජන් බන්ධන සංකීර්ණතාව විශ්ලේෂණය කළ හැක්කේ ලාක්ෂණික අවශෝෂණ කලාප මාරුව නිරීක්ෂණය කිරීමෙනි. CES සහ PAA අතර හයිඩ්‍රජන් බන්ධනය ප්‍රධාන වශයෙන් සිදුවන්නේ CES හි හයිඩ්‍රොක්සයිල් ඔක්සිජන් සහ PAA හි COOH කාණ්ඩය අතර ය. හයිඩ්‍රජන් බන්ධනය සෑදුණු පසු, දිගු කිරීමේ උච්ච රතු පැහැය අඩු සංඛ්‍යාත දිශාවට මාරු වේ.

පිරිසිදු PAA කුඩු සඳහා 1710 cm-1 ක උපරිමයක් නිරීක්ෂණය විය. විවිධ CE සහිත පටලවලට පොලිඇක්‍රිලමයිඩ් එකලස් කළ විට, HEC/PAA, MC/PAA සහ MPC/PAA පටලවල උච්චයන් පිළිවෙලින් 1718 cm-1, 1720 cm-1 සහ 1724 cm-1 හි පිහිටා ඇත. පිරිසිදු PAA කුඩු සමඟ සසඳන විට, HPC/PAA, MC/PAA සහ HEC/PAA පටලවල උච්ච දිග පිළිවෙලින් 14, 10 සහ 8 cm−1 කින් මාරු විය. ඊතර් ඔක්සිජන් සහ COOH අතර හයිඩ්‍රජන් බන්ධනය COOH කාණ්ඩ අතර හයිඩ්‍රජන් බන්ධනයට බාධා කරයි. PAA සහ CE අතර වැඩි හයිඩ්‍රජන් බන්ධන සෑදෙන තරමට, IR වර්ණාවලිවල CE/PAA හි උච්ච මාරුව වැඩි වේ. HPC සතුව ඉහළම හයිඩ්‍රජන් බන්ධන සංකීර්ණතාවයක් ඇත, PAA සහ MC මධ්‍යයේ ඇති අතර HEC අවම වේ.

PAA සහ CE වල සංයුක්ත පටලවල වර්ධන හැසිරීම:

LBL එකලස් කිරීමේදී PAA සහ CE වල පටල සෑදීමේ හැසිරීම QCM සහ වර්ණාවලි අන්තර්මිතිය භාවිතයෙන් විමර්ශනය කරන ලදී. පළමු එකලස් කිරීමේ චක්‍ර කිහිපය තුළ ස්ථානීය පටල වර්ධනය නිරීක්ෂණය කිරීම සඳහා QCM ඵලදායී වේ. චක්‍ර 10 කට වඩා වගා කරන ලද පටල සඳහා වර්ණාවලි අන්තර්මිතික සුදුසු වේ.

LBL එකලස් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය පුරාවට HEC/PAA පටලය රේඛීය වර්ධනයක් පෙන්නුම් කළ අතර, MC/PAA සහ HPC/PAA පටල එකලස් කිරීමේ මුල් අවධියේදී ඝාතීය වර්ධනයක් පෙන්නුම් කර පසුව රේඛීය වර්ධනයක් බවට පරිවර්තනය විය. රේඛීය වර්ධන කලාපයේ, සංකීර්ණතාවයේ මට්ටම වැඩි වන තරමට, එකලස් කිරීමේ චක්‍රයකට ඝණකම වර්ධනය වැඩි වේ.

ද්‍රාවණයේ pH අගය පටල වර්ධනයට බලපාන ආකාරය:

ද්‍රාවණයේ pH අගය හයිඩ්‍රජන් බන්ධිත පොලිමර් සංයුක්ත පටලයේ වර්ධනයට බලපායි. දුර්වල බහු විද්‍යුත් විච්ඡේදකයක් ලෙස, ද්‍රාවණයේ pH අගය වැඩි වන විට PAA අයනීකරණය වී සෘණ ආරෝපණය වන අතර එමඟින් හයිඩ්‍රජන් බන්ධන සම්බන්ධතාවය වළක්වයි. PAA හි අයනීකරණ මට්ටම යම් මට්ටමකට ළඟා වූ විට, PAA හට LBL හි හයිඩ්‍රජන් බන්ධන ප්‍රතිග්‍රාහක සහිත පටලයකට එකලස් කළ නොහැකි විය.

ද්‍රාවණයේ pH අගය වැඩිවීමත් සමඟ පටල ඝණකම අඩු වූ අතර, pH2.5 HPC/PAA සහ pH3.0-3.5 HPC/PAA හිදී පටල ඝණකම හදිසියේම අඩු විය. HPC/PAA හි තීරණාත්මක ලක්ෂ්‍යය pH 3.5 ක් පමණ වන අතර HEC/PAA හි තීරණාත්මක ලක්ෂ්‍යය 3.0 ක් පමණ වේ. මෙයින් අදහස් කරන්නේ එකලස් කිරීමේ ද්‍රාවණයේ pH අගය 3.5 ට වඩා වැඩි වූ විට, HPC/PAA පටලය සෑදිය නොහැකි බවත්, ද්‍රාවණයේ pH අගය 3.0 ට වඩා වැඩි වූ විට, HEC/PAA පටලය සෑදිය නොහැකි බවත්ය. HPC/PAA පටලයේ හයිඩ්‍රජන් බන්ධන සංකීර්ණතාවයේ ඉහළ මට්ටම නිසා, HPC/PAA පටලයේ තීරණාත්මක pH අගය HEC/PAA පටලයට වඩා වැඩි ය. ලුණු රහිත ද්‍රාවණයක, HEC/PAA, MC/PAA සහ HPC/PAA මගින් සාදන ලද සංකීර්ණවල තීරණාත්මක pH අගයන් පිළිවෙලින් 2.9, 3.2 සහ 3.7 ක් පමණ විය. HPC/PAA හි තීරණාත්මක pH අගය HEC/PAA ට වඩා වැඩි වන අතර එය LBL පටලයට අනුකූල වේ.

CE/ PAA පටලයේ ජල අවශෝෂණ කාර්ය සාධනය:

CES හයිඩ්‍රොක්සයිල් කාණ්ඩ වලින් පොහොසත් බැවින් එයට හොඳ ජල අවශෝෂණයක් සහ ජල රඳවා තබා ගැනීමක් ඇත. උදාහරණයක් ලෙස HEC/PAA පටලයක් ගනිමින්, පරිසරයේ ජලයට හයිඩ්‍රජන්-බන්ධිත CE/PAA පටලයේ අවශෝෂණ ධාරිතාව අධ්‍යයනය කරන ලදී. වර්ණාවලි අන්තර්-අන්තර්මිතිය මගින් සංලක්ෂිත වන අතර, පටලය ජලය අවශෝෂණය කරන විට පටල ඝණකම වැඩි වේ. ජල අවශෝෂණ සමතුලිතතාවය ලබා ගැනීම සඳහා එය පැය 24 ක් සඳහා 25°C දී වෙනස් කළ හැකි ආර්ද්‍රතාවයක් සහිත පරිසරයක තබා ඇත. තෙතමනය සම්පූර්ණයෙන්ම ඉවත් කිරීම සඳහා පටල පැය 24 ක් රික්ත උඳුනක (40°C) වියළන ලදී.

ආර්ද්‍රතාවය වැඩි වන විට, පටලය ඝන වේ. 30%-50% අඩු ආර්ද්‍රතා ප්‍රදේශයක, ඝනකම වර්ධනය සාපේක්ෂව මන්දගාමී වේ. ආර්ද්‍රතාවය 50% ඉක්මවන විට, ඝණකම වේගයෙන් වර්ධනය වේ. හයිඩ්‍රජන්-බන්ධිත PVPON/PAA පටලය හා සසඳන විට, HEC/PAA පටලයට පරිසරයෙන් වැඩි ජලය අවශෝෂණය කරගත හැකිය. සාපේක්ෂ ආර්ද්‍රතාවය 70% (25°C) යටතේ, PVPON/PAA පටලයේ ඝණීකරණ පරාසය 4% ක් පමණ වන අතර, HEC/PAA පටලයේ ඝණීකරණ පරාසය 18% ක් පමණ වේ. ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී ගියේ HEC/PAA පද්ධතියේ OH කාණ්ඩ යම් ප්‍රමාණයක් හයිඩ්‍රජන් බන්ධන සෑදීමට සහභාගී වුවද, පරිසරයේ ජලය සමඟ අන්තර් ක්‍රියා කරන OH කාණ්ඩ සැලකිය යුතු සංඛ්‍යාවක් තවමත් පවතින බවයි. එබැවින්, HEC/PAA පද්ධතියට හොඳ ජල අවශෝෂණ ගුණ ඇත.

අවසන් තීරණයේ දී

(1) CE සහ PAA ඉහළම හයිඩ්‍රජන් බන්ධන උපාධියක් සහිත HPC/PAA පද්ධතිය ඒවා අතර වේගවත්ම වර්ධනයක් පෙන්නුම් කරයි, MC/PAA මධ්‍යයේ වන අතර HEC/PAA අවම වේ.

(2) HEC/PAA පටලය සූදානම් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය පුරාවටම රේඛීය වර්ධන මාදිලියක් පෙන්නුම් කළ අතර, අනෙක් පටල දෙක වන MC/PAA සහ HPC/PAA පළමු චක්‍ර කිහිපය තුළ ඝාතීය වර්ධනයක් පෙන්නුම් කළ අතර පසුව රේඛීය වර්ධන මාදිලියක් බවට පරිවර්තනය විය.

(3) CE/PAA පටලයේ වර්ධනය ද්‍රාවණයේ pH අගය මත දැඩි ලෙස රඳා පවතී. ද්‍රාවණයේ pH අගය එහි තීරණාත්මක ලක්ෂ්‍යයට වඩා වැඩි වූ විට, PAA සහ CE පටලයකට එකලස් කළ නොහැක. එකලස් කරන ලද CE/PAA පටලය ඉහළ pH ද්‍රාවණවල ද්‍රාව්‍ය විය.

(4) CE/PAA පටලය OH සහ COOH වලින් පොහොසත් බැවින්, තාප පිරියම් කිරීම එය හරස් සම්බන්ධිත කරයි. හරස් සම්බන්ධිත CE/PAA පටලය හොඳ ස්ථායිතාවයක් ඇති අතර ඉහළ pH ද්‍රාවණවල දිය නොවේ.

(5) CE/PAA පටලයට පරිසරයේ ජලය සඳහා හොඳ අවශෝෂණ ධාරිතාවක් ඇත.