செல்லுலோஸ் ஈதர்/பாலிஅக்ரிலிக் அமில ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு படலம்

ஆராய்ச்சி பின்னணி

இயற்கையான, ஏராளமான மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க வளமாக, செல்லுலோஸ் அதன் உருகாத தன்மை மற்றும் வரையறுக்கப்பட்ட கரைதிறன் பண்புகள் காரணமாக நடைமுறை பயன்பாடுகளில் பெரும் சவால்களை எதிர்கொள்கிறது. செல்லுலோஸ் கட்டமைப்பில் உள்ள அதிக படிகத்தன்மை மற்றும் அதிக அடர்த்தி கொண்ட ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் அதை உடைமை செயல்பாட்டின் போது சிதைக்கச் செய்கின்றன, ஆனால் உருகாமல் செய்கின்றன, மேலும் நீர் மற்றும் பெரும்பாலான கரிம கரைப்பான்களில் கரையாதவை. அவற்றின் வழித்தோன்றல்கள் பாலிமர் சங்கிலியில் உள்ள அன்ஹைட்ரோகுளுக்கோஸ் அலகுகளில் ஹைட்ராக்சைல் குழுக்களின் எஸ்டரிஃபிகேஷன் மற்றும் ஈதரிஃபிகேஷன் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன, மேலும் இயற்கை செல்லுலோஸுடன் ஒப்பிடும்போது சில வேறுபட்ட பண்புகளை வெளிப்படுத்தும். செல்லுலோஸின் ஈதரிஃபிகேஷன் வினையானது, உணவு, அழகுசாதனப் பொருட்கள், மருந்துகள் மற்றும் மருத்துவத்தில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் மெத்தில் செல்லுலோஸ் (MC), ஹைட்ராக்சிஎதில் செல்லுலோஸ் (HEC) மற்றும் ஹைட்ராக்ஸிப்ரோபில் செல்லுலோஸ் (HPC) போன்ற பல நீரில் கரையக்கூடிய செல்லுலோஸ் ஈதர்களை உருவாக்க முடியும். நீரில் கரையக்கூடிய CE பாலிகார்பாக்சிலிக் அமிலங்கள் மற்றும் பாலிபினால்களுடன் ஹைட்ரஜன்-பிணைக்கப்பட்ட பாலிமர்களை உருவாக்க முடியும்.

அடுக்கு-படி-அடுக்கு அசெம்பிளி (LBL) என்பது பாலிமர் கலப்பு மெல்லிய படலங்களைத் தயாரிப்பதற்கான ஒரு பயனுள்ள முறையாகும். பின்வருபவை முக்கியமாக HEC, MC மற்றும் HPC ஆகிய மூன்று வெவ்வேறு CEகளின் LBL அசெம்பிளியை PAA உடன் விவரிக்கின்றன, அவற்றின் அசெம்பிளி நடத்தையை ஒப்பிடுகின்றன, மேலும் LBL அசெம்பிளியில் மாற்றுகளின் செல்வாக்கை பகுப்பாய்வு செய்கின்றன. படலத்தின் தடிமன் மீதான pH இன் விளைவையும், படல உருவாக்கம் மற்றும் கரைதலில் pH இன் வெவ்வேறு வேறுபாடுகளையும் ஆராய்ந்து, CE/PAA இன் நீர் உறிஞ்சுதல் பண்புகளை உருவாக்குகின்றன.

பரிசோதனைப் பொருட்கள்:

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

திரைப்பட தயாரிப்பு:

25°C வெப்பநிலையில் சிலிக்கானில் திரவ படிக அடுக்கு அசெம்பிளி மூலம் தயாரிக்கப்படுகிறது. ஸ்லைடு மேட்ரிக்ஸின் சிகிச்சை முறை பின்வருமாறு: அமிலக் கரைசலில் (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 நிமிடங்கள் ஊறவைத்து, பின்னர் pH நடுநிலையாகும் வரை பல முறை அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட தண்ணீரில் துவைக்கவும், இறுதியாக தூய நைட்ரஜனுடன் உலர்த்தவும். LBL அசெம்பிளி தானியங்கி இயந்திரங்களைப் பயன்படுத்தி செய்யப்படுகிறது. அடி மூலக்கூறு CE கரைசல் (0.2 mg/mL) மற்றும் PAA கரைசல் (0.2 mg/mL) ஆகியவற்றில் மாறி மாறி ஊறவைக்கப்பட்டது, ஒவ்வொரு கரைசலும் 4 நிமிடங்கள் ஊறவைக்கப்பட்டது. தளர்வாக இணைக்கப்பட்ட பாலிமரை அகற்ற ஒவ்வொரு கரைசலுக்கும் இடையில் அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட தண்ணீரில் தலா 1 நிமிடம் மூன்று முறை துவைக்க ஊறவைக்கப்பட்டது. அசெம்பிளி கரைசல் மற்றும் கழுவுதல் கரைசலின் pH மதிப்புகள் இரண்டும் pH 2.0 ஆக சரிசெய்யப்பட்டன. தயாரிக்கப்பட்ட படலங்கள் (CE/PAA)n எனக் குறிக்கப்படுகின்றன, இங்கு n அசெம்பிளி சுழற்சியைக் குறிக்கிறது. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 மற்றும் (HPC/PAA)30 ஆகியவை முக்கியமாக தயாரிக்கப்பட்டன.

திரைப்பட சிறப்பம்சங்கள்:

நானோகால்க்-எக்ஸ்ஆர் ஓஷன் ஆப்டிக்ஸ் மூலம் கிட்டத்தட்ட இயல்பான பிரதிபலிப்பு நிறமாலை பதிவு செய்யப்பட்டு பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டது, மேலும் சிலிக்கானில் படிந்த படலங்களின் தடிமன் அளவிடப்பட்டது. வெற்று சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறை பின்னணியாகக் கொண்டு, சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறில் உள்ள மெல்லிய படலத்தின் FT-IR நிறமாலை நிக்கோலெட் 8700 அகச்சிவப்பு நிறமாலையில் சேகரிக்கப்பட்டது.

PAA மற்றும் CE களுக்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு இடைவினைகள்:

HEC, MC மற்றும் HPC ஆகியவற்றை PAA உடன் LBL படலங்களாக இணைத்தல். HEC/PAA, MC/PAA மற்றும் HPC/PAA ஆகியவற்றின் அகச்சிவப்பு நிறமாலை படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது. PAA மற்றும் CES இன் வலுவான IR சமிக்ஞைகளை HEC/PAA, MC/PAA மற்றும் HPC/PAA ஆகியவற்றின் IR நிறமாலையில் தெளிவாகக் காணலாம். FT-IR நிறமாலையியல் பண்பு உறிஞ்சுதல் பட்டைகளின் மாற்றத்தைக் கண்காணிப்பதன் மூலம் PAA மற்றும் CES க்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு சிக்கலை பகுப்பாய்வு செய்ய முடியும். CES மற்றும் PAA க்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு முக்கியமாக CES இன் ஹைட்ராக்சில் ஆக்ஸிஜனுக்கும் PAA இன் COOH குழுவிற்கும் இடையில் நிகழ்கிறது. ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு உருவான பிறகு, நீட்சி உச்ச சிவப்பு குறைந்த அதிர்வெண் திசைக்கு மாறுகிறது.

தூய PAA தூளுக்கு 1710 செ.மீ-1 உச்சநிலை காணப்பட்டது. பாலிஅக்ரிலாமைடை வெவ்வேறு CE-களுடன் படலங்களாக இணைக்கும்போது, ​​HEC/PAA, MC/PAA மற்றும் MPC/PAA படலங்களின் உச்சநிலைகள் முறையே 1718 செ.மீ-1, 1720 செ.மீ-1 மற்றும் 1724 செ.மீ-1 ஆக அமைந்தன. தூய PAA பொடியுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​HPC/PAA, MC/PAA மற்றும் HEC/PAA படலங்களின் உச்ச நீளம் முறையே 14, 10 மற்றும் 8 செ.மீ−1 ஆக மாற்றப்பட்டது. ஈதர் ஆக்ஸிஜன் மற்றும் COOH இடையேயான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு COOH குழுக்களுக்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பை குறுக்கிடுகிறது. PAA மற்றும் CE இடையே அதிக ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் உருவாகும்போது, ​​IR நிறமாலையில் CE/PAA இன் உச்சநிலை மாற்றம் அதிகமாகும். HPC ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு சிக்கலின் மிக உயர்ந்த அளவைக் கொண்டுள்ளது, PAA மற்றும் MC நடுவில் உள்ளன, மேலும் HEC மிகக் குறைவு.

PAA மற்றும் CE களின் கூட்டு படலங்களின் வளர்ச்சி நடத்தை:

LBL அசெம்பிளியின் போது PAA மற்றும் CE களின் படலத்தை உருவாக்கும் நடத்தை QCM மற்றும் நிறமாலை இடைச்செருகல் அளவீட்டைப் பயன்படுத்தி ஆராயப்பட்டது. முதல் சில அசெம்பிளி சுழற்சிகளின் போது படல வளர்ச்சியைக் கண்காணிப்பதற்கு QCM பயனுள்ளதாக இருக்கும். 10 சுழற்சிகளுக்கு மேல் வளர்க்கப்படும் படலங்களுக்கு நிறமாலை இடைச்செருகல் அளவீடுகள் பொருத்தமானவை.

HEC/PAA பிலிம் LBL அசெம்பிளி செயல்முறை முழுவதும் ஒரு நேரியல் வளர்ச்சியைக் காட்டியது, அதே நேரத்தில் MC/PAA மற்றும் HPC/PAA பிலிம்கள் அசெம்பிளியின் ஆரம்ப கட்டங்களில் ஒரு அதிவேக வளர்ச்சியைக் காட்டி பின்னர் ஒரு நேரியல் வளர்ச்சியாக மாற்றப்பட்டன. நேரியல் வளர்ச்சிப் பகுதியில், சிக்கலான தன்மை அதிகமாக இருந்தால், ஒரு அசெம்பிளி சுழற்சிக்கு தடிமன் வளர்ச்சி அதிகமாகும்.

படல வளர்ச்சியில் கரைசல் pH இன் விளைவு:

கரைசலின் pH மதிப்பு ஹைட்ரஜன் பிணைக்கப்பட்ட பாலிமர் கலப்பு படலத்தின் வளர்ச்சியை பாதிக்கிறது. பலவீனமான பாலிஎலக்ட்ரோலைட்டாக, கரைசலின் pH அதிகரிக்கும் போது PAA அயனியாக்கம் செய்யப்பட்டு எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்படும், இதனால் ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு தொடர்பைத் தடுக்கிறது. PAA இன் அயனியாக்கத்தின் அளவு ஒரு குறிப்பிட்ட அளவை எட்டும்போது, ​​LBL இல் ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு ஏற்பிகளைக் கொண்ட ஒரு படலத்தில் PAA ஐ இணைக்க முடியவில்லை.

கரைசல் pH அதிகரிப்புடன் படல தடிமன் குறைந்தது, மேலும் படல தடிமன் திடீரென pH2.5 HPC/PAA மற்றும் pH3.0-3.5 HPC/PAA இல் குறைந்தது. HPC/PAA இன் முக்கிய புள்ளி சுமார் pH 3.5 ஆகும், அதே நேரத்தில் HEC/PAA இன் முக்கிய புள்ளி சுமார் 3.0 ஆகும். இதன் பொருள் அசெம்பிளி கரைசலின் pH 3.5 ஐ விட அதிகமாக இருக்கும்போது, ​​HPC/PAA படலத்தை உருவாக்க முடியாது, மேலும் கரைசலின் pH 3.0 ஐ விட அதிகமாக இருக்கும்போது, ​​HEC/PAA படலத்தை உருவாக்க முடியாது. HPC/PAA சவ்வின் ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு சிக்கலின் அதிக அளவு காரணமாக, HPC/PAA சவ்வின் முக்கிய pH மதிப்பு HEC/PAA சவ்வை விட அதிகமாக உள்ளது. உப்பு இல்லாத கரைசலில், HEC/PAA, MC/PAA மற்றும் HPC/PAA ஆகியவற்றால் உருவாக்கப்பட்ட வளாகங்களின் முக்கிய pH மதிப்புகள் முறையே 2.9, 3.2 மற்றும் 3.7 ஆக இருந்தன. HPC/PAA இன் முக்கியமான pH, HEC/PAA ஐ விட அதிகமாக உள்ளது, இது LBL மென்படலத்துடன் ஒத்துப்போகிறது.

CE/ PAA சவ்வின் நீர் உறிஞ்சுதல் செயல்திறன்:

CES ஹைட்ராக்சில் குழுக்களில் நிறைந்திருப்பதால், அது நல்ல நீர் உறிஞ்சுதல் மற்றும் நீர் தக்கவைப்பைக் கொண்டுள்ளது. HEC/PAA சவ்வை உதாரணமாக எடுத்துக் கொண்டால், சுற்றுச்சூழலில் ஹைட்ரஜன்-பிணைக்கப்பட்ட CE/PAA சவ்வின் நீர் உறிஞ்சுதல் திறன் ஆய்வு செய்யப்பட்டது. நிறமாலை இடைச்செருகல் அளவீட்டால் வகைப்படுத்தப்படும், படலம் தண்ணீரை உறிஞ்சும்போது படல தடிமன் அதிகரிக்கிறது. நீர் உறிஞ்சுதல் சமநிலையை அடைய 24 மணி நேரம் 25°C இல் சரிசெய்யக்கூடிய ஈரப்பதம் கொண்ட சூழலில் இது வைக்கப்பட்டது. ஈரப்பதத்தை முழுவதுமாக அகற்ற படலங்கள் 24 மணிநேரம் வெற்றிட அடுப்பில் (40°C) உலர்த்தப்பட்டன.

ஈரப்பதம் அதிகரிக்கும் போது, ​​படலம் தடிமனாகிறது. 30%-50% குறைந்த ஈரப்பதம் உள்ள பகுதியில், தடிமன் வளர்ச்சி ஒப்பீட்டளவில் மெதுவாக இருக்கும். ஈரப்பதம் 50% ஐ தாண்டும்போது, ​​தடிமன் வேகமாக வளரும். ஹைட்ரஜன்-பிணைக்கப்பட்ட PVPON/PAA மென்படலத்துடன் ஒப்பிடும்போது, ​​HEC/PAA மென்படலம் சுற்றுச்சூழலிலிருந்து அதிக தண்ணீரை உறிஞ்சும். 70% (25°C) ஒப்பீட்டு ஈரப்பதத்தின் கீழ், PVPON/PAA படலத்தின் தடித்தல் வரம்பு சுமார் 4% ஆகும், அதே நேரத்தில் HEC/PAA படலத்தின் தடிமன் வரம்பு சுமார் 18% வரை அதிகமாக உள்ளது. HEC/PAA அமைப்பில் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு OH குழுக்கள் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளை உருவாக்குவதில் பங்கேற்றாலும், சுற்றுச்சூழலில் தண்ணீருடன் தொடர்பு கொள்ளும் கணிசமான எண்ணிக்கையிலான OH குழுக்கள் இன்னும் இருப்பதாக முடிவுகள் காட்டுகின்றன. எனவே, HEC/PAA அமைப்பு நல்ல நீர் உறிஞ்சுதல் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது.

முடிவில்

(1) CE மற்றும் PAA இன் மிக உயர்ந்த ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு அளவைக் கொண்ட HPC/PAA அமைப்பு அவற்றுள் வேகமான வளர்ச்சியைக் கொண்டுள்ளது, MC/PAA நடுவில் உள்ளது, மற்றும் HEC/PAA மிகக் குறைவு.

(2) தயாரிப்பு செயல்முறை முழுவதும் HEC/PAA படலம் ஒரு நேரியல் வளர்ச்சி முறையைக் காட்டியது, அதே நேரத்தில் மற்ற இரண்டு படங்களான MC/PAA மற்றும் HPC/PAA முதல் சில சுழற்சிகளில் அதிவேக வளர்ச்சியைக் காட்டின, பின்னர் நேரியல் வளர்ச்சி முறையாக மாற்றப்பட்டன.

(3) CE/PAA படலத்தின் வளர்ச்சி கரைசல் pH ஐ வலுவாக சார்ந்துள்ளது. கரைசல் pH அதன் முக்கிய புள்ளியை விட அதிகமாக இருக்கும்போது, ​​PAA மற்றும் CE ஆகியவை படலமாக ஒன்று சேர முடியாது. கூடியிருந்த CE/PAA சவ்வு அதிக pH கரைசல்களில் கரையக்கூடியதாக இருந்தது.

(4) CE/PAA படலத்தில் OH மற்றும் COOH நிறைந்திருப்பதால், வெப்ப சிகிச்சை அதை குறுக்கு-இணைப்பாக மாற்றுகிறது. குறுக்கு-இணைக்கப்பட்ட CE/PAA சவ்வு நல்ல நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் அதிக pH கரைசல்களில் கரையாதது.

(5) CE/PAA படலம் சுற்றுச்சூழலில் தண்ணீருக்கு நல்ல உறிஞ்சுதல் திறனைக் கொண்டுள்ளது.