ሴሉሎስ ኤተር/ፖሊአክሪሊክ አሲድ ሃይድሮጂን ትስስር ፊልም

የምርምር ዳራ

ሴሉሎስ ተፈጥሯዊ፣ የበለፀገ እና ታዳሽ ሀብት እንደመሆኑ መጠን፣ በማይቀልጥ እና ውስን በሆነ የመሟሟት ባህሪያቱ ምክንያት በተግባራዊ አተገባበር ውስጥ ትልቅ ተግዳሮቶች ያጋጥሙታል። በሴሉሎስ መዋቅር ውስጥ ያለው ከፍተኛ ክሪስታሊኒቲ እና ከፍተኛ ጥግግት ያለው የሃይድሮጂን ትስስር በይዞታ ሂደት ውስጥ እንዲፈርስ ያደርጉታል ነገር ግን እንዳይቀልጥ ያደርጉታል፣ እና በውሃ እና በአብዛኛዎቹ ኦርጋኒክ መሟሟቶች ውስጥ የማይሟሟ። ተዋጽኦዎቻቸው የሚመነጩት በፖሊመር ሰንሰለት ውስጥ ባሉ አንሃይድሮግሉኮስ ክፍሎች ላይ ባሉ የሃይድሮክሲል ቡድኖች ኢስተርፊኬሽን እና ኢተርፊኬሽን ሲሆን ከተፈጥሮ ሴሉሎስ ጋር ሲነፃፀሩ አንዳንድ የተለያዩ ባህሪያትን ያሳያል። የሴሉሎስ ኢተርፊኬሽን ምላሽ እንደ ሜቲል ሴሉሎስ (ኤምሲ)፣ ሃይድሮክሲኤቲል ሴሉሎስ (HEC) እና ሃይድሮክሲፕሮፒል ሴሉሎስ (HPC) ያሉ ብዙ በውሃ የሚሟሟ የሴሉሎስ ኤተርዎችን ማመንጨት ይችላል፣ እነዚህም በምግብ፣ በመዋቢያዎች፣ በመድኃኒት እና በመድኃኒት ውስጥ በስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ። በውሃ የሚሟሟ CE ከፖሊካርቦክሲሊክ አሲዶች እና ፖሊፊኖሎች ጋር በሃይድሮጂን የተሳሰሩ ፖሊመሮችን ሊፈጥር ይችላል።

የንብርብር-በንብርብር ስብሰባ (LBL) ፖሊመር ኮምፖዚት ቀጭን ፊልሞችን ለማዘጋጀት ውጤታማ ዘዴ ነው። የሚከተለው በዋናነት የ HEC፣ MC እና HPC ሶስት የተለያዩ CEs LBL ስብስብን ከ PAA ጋር ይገልፃል፣ የመገጣጠሚያ ባህሪያቸውን ያወዳድራል፣ እና የተተኪዎች ተጽዕኖ በ LBL ስብስብ ላይ ይተነትናል። pH በፊልም ውፍረት ላይ ያለውን ተጽእኖ እና በፊልም አፈጣጠር እና መፍረስ ላይ ያለውን የተለያዩ የፒኤች ልዩነቶች ይመርምሩ፣ እና የ CE/PAA የውሃ መምጠጥ ባህሪያትን ያዳብሩ።

የሙከራ ቁሳቁሶች፡

ፖሊአክሪሊክ አሲድ (PAA፣ Mw = 450,000)። የሃይድሮክሲኤቲልሴሉሎስ (HEC) 2wt.% የውሃ መፍትሄ viscosity 300 mPa·s ሲሆን የመተካት ደረጃ ደግሞ 2.5 ነው። ሜቲልሴሉሎስ (MC፣ 400 mPa·s viscosity እና 1.8 የመተካት ደረጃ ያለው 2wt.% የውሃ መፍትሄ)። ሃይድሮክሲፕሮፒል ሴሉሎስ (HPC፣ 400 mPa·s viscosity እና 2.5 የመተካት ደረጃ ያለው 2wt.% የውሃ መፍትሄ)።

የፊልም ዝግጅት፡

በ25°ሴ በሲሊኮን ላይ በፈሳሽ ክሪስታል ንብርብር ስብስብ የተዘጋጀ። የስላይድ ማትሪክስ የሕክምና ዘዴ እንደሚከተለው ነው፡- በአሲድ መፍትሄ (H2SO4/H2O2፣ 7/3Vol/VOL) ውስጥ ለ30 ደቂቃ ያጠቡ፣ ከዚያም ፒኤች ገለልተኛ እስኪሆን ድረስ በዲኦኒዝድ ውሃ ብዙ ጊዜ ያጠቡ፣ እና በመጨረሻም በንጹህ ናይትሮጅን ይደርቃሉ። የኤልቢኤል ስብሰባ የሚከናወነው አውቶማቲክ ማሽነሪዎችን በመጠቀም ነው። ንጣፉ በ CE መፍትሄ (0.2 mg/mL) እና በ PAA መፍትሄ (0.2 mg/mL) ውስጥ በተለዋጭ መንገድ ተነክሯል፣ እያንዳንዱ መፍትሄ ለ4 ደቂቃዎች ተነክሯል። በእያንዳንዱ መፍትሄ ውስጥ ልቅ በሆነ መልኩ የተያያዘውን ፖሊመር ለማስወገድ በእያንዳንዱ መፍትሄ ውስጥ ለ1 ደቂቃ ሶስት የማጠቢያ ንጣፎች ተከናውነዋል። የመገጣጠሚያ መፍትሄው እና የማጠቢያ መፍትሄው የፒኤች እሴቶች ሁለቱም ወደ pH 2.0 ተስተካክለዋል። እንደተዘጋጀው ፊልም (CE/PAA)n ተብሎ ይገለጻል፣ እዚያም n የመገጣጠሚያ ዑደትን ያመለክታል። (HEC/PAA)40፣ (MC/PAA)30 እና (HPC/PAA)30 በዋናነት ተዘጋጅተዋል።

የፊልም ባህሪ፡

ከመደበኛው ጋር የሚቀራረቡ የሪፍሌክታንስ ስፔክትራዎች በናኖካልክ-ኤክስአር ኦሽን ኦፕቲክስ ተመዝግበው ተተነተኑ፣ እና በሲሊኮን ላይ የተቀመጡት የፊልሞች ውፍረት ተለካ። ባዶ የሲሊኮን ንጣፍ እንደ ዳራ፣ በሲሊኮን ንጣፍ ላይ ያለው ቀጭን ፊልም የFT-IR ስፔክትረም በኒኮሌት 8700 ኢንፍራሬድ ስፔክትሮሜተር ላይ ተሰብስቧል።

በPAA እና CEs መካከል የሃይድሮጂን ትስስር መስተጋብር፡

የHEC፣ MC እና HPC ከPAA ጋር ወደ LBL ፊልሞች መገጣጠም። የHEC/PAA፣ MC/PAA እና HPC/PAA የኢንፍራሬድ ስፔክትራ በስዕሉ ላይ ይታያሉ። የPAA እና CES ጠንካራ የIR ምልክቶች በHEC/PAA፣ MC/PAA እና HPC/PAA IR ስፔክትራ ውስጥ በግልጽ ሊታዩ ይችላሉ። የFT-IR ስፔክትሮስኮፒ የባህሪይ መምጠጥ ባንዶችን ለውጥ በመከታተል በPAA እና CES መካከል ያለውን የሃይድሮጂን ትስስር ውስብስብነት መተንተን ይችላል። በCES እና PAA መካከል ያለው የሃይድሮጂን ትስስር በዋናነት የሚከሰተው በCES ሃይድሮክሲል ኦክስጅን እና በPAA COOH ቡድን መካከል ነው። የሃይድሮጂን ትስስር ከተፈጠረ በኋላ የተዘረጋው ጫፍ ቀይ ወደ ዝቅተኛ ድግግሞሽ አቅጣጫ ይቀየራል።

ለንፁህ PAA ዱቄት 1710 ሴ.ሜ-1 ጫፍ ታይቷል። ፖሊአክሪላሚድ ወደተለያዩ CEs ፊልሞች ሲገጣጠም የHEC/PAA፣ MC/PAA እና MPC/PAA ፊልሞች ጫፎች በቅደም ተከተል በ1718 ሴ.ሜ-1፣ 1720 ሴ.ሜ-1 እና 1724 ሴ.ሜ-1 ላይ ይገኛሉ። ከንፁህ PAA ዱቄት ጋር ሲነጻጸር የHPC/PAA፣ MC/PAA እና HEC/PAA ፊልሞች ጫፎች ርዝመቶች በቅደም ተከተል በ14፣ 10 እና 8 ሴ.ሜ-1 ተቀይረዋል። በኤተር ኦክስጅን እና COOH መካከል ያለው የሃይድሮጂን ትስስር በCOOH ቡድኖች መካከል ያለውን የሃይድሮጂን ትስስር ያቋርጣል። በPAA እና CE መካከል የሃይድሮጂን ትስስር በተፈጠረው ቁጥር የCE/PAA ከፍተኛ ለውጥ በIR ስፔክትራ ውስጥ ይጨምራል። HPC ከፍተኛውን የሃይድሮጂን ትስስር ውስብስብነት ደረጃ አለው፣ PAA እና MC በመሃል ላይ ናቸው፣ እና HEC ዝቅተኛው ነው።

የPAA እና CEs የተዋሃዱ ፊልሞች የእድገት ባህሪ፡

የLPL ስብሰባ ወቅት የPAA እና CEs የፊልም መቅረጽ ባህሪ በQCM እና በስፔክትራል ኢንተርፌሮሜትሪ በመጠቀም ተመርምሯል። QCM በመጀመሪያዎቹ ጥቂት የመሰብሰቢያ ዑደቶች ወቅት የፊልም እድገትን በቦታው ለመከታተል ውጤታማ ነው። ስፔክትራል ኢንተርፌሮሜትሮች ከ10 ዑደቶች በላይ ለሚበቅሉ ፊልሞች ተስማሚ ናቸው።

የHEC/PAA ፊልም በLBL የመገጣጠሚያ ሂደት ውስጥ መስመራዊ እድገት አሳይቷል፣ የMC/PAA እና የHPC/PAA ፊልሞች ደግሞ በመጀመሪያዎቹ የመገጣጠሚያ ደረጃዎች ላይ ጉልህ የሆነ እድገት አሳይተው ወደ መስመራዊ እድገት ተለውጠዋል። በመስመራዊ የእድገት ክልል ውስጥ፣ የውስብስብነት ደረጃ ከፍ ባለ መጠን፣ በአንድ የመገጣጠሚያ ዑደት ውስጥ የውፍረት እድገት ይጨምራል።

የመፍትሄው ፒኤች በፊልም እድገት ላይ የሚያሳድረው ተጽዕኖ፡

የመፍትሔው የፒኤች እሴት የሃይድሮጂን ትስስር ያለው ፖሊመር ኮምፖዚት ፊልም እድገት ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል። ደካማ ፖሊኤሌክትሮላይት እንደመሆኑ መጠን፣ የመፍትሔው ፒኤች ሲጨምር PAA አዮኒዝድ እና አሉታዊ በሆነ መልኩ ይሞላል፣ በዚህም የሃይድሮጂን ትስስር ግንኙነትን ይከለክላል። የ PAA የአዮኒዝሽን ደረጃ የተወሰነ ደረጃ ላይ ሲደርስ፣ PAA በ LBL ውስጥ የሃይድሮጂን ትስስር ተቀባይዎች ባሉበት ፊልም ውስጥ መገጣጠም አልቻለም።

የመፍትሄው ፒኤች ሲጨምር የፊልም ውፍረት ቀንሷል፣ እና የፊልም ውፍረት በፒኤች2.5 HPC/PAA እና pH3.0-3.5 HPC/PAA በድንገት ቀንሷል። የHPC/PAA ወሳኝ ነጥብ ፒኤች 3.5 አካባቢ ሲሆን የHEC/PAA ደግሞ 3.0 አካባቢ ነው። ይህ ማለት የመገጣጠሚያው መፍትሄ ፒኤች ከ3.5 በላይ ሲሆን የHPC/PAA ፊልም ሊፈጠር አይችልም፣ እና የመፍትሄው ፒኤች ከ3.0 በላይ ሲሆን የHEC/PAA ፊልም ሊፈጠር አይችልም። የHPC/PAA ሽፋን የሃይድሮጂን ትስስር ውስብስብነት ከፍተኛ ደረጃ ስላለው የHPC/PAA ሽፋን ወሳኝ የፒኤች እሴት ከHEC/PAA ሽፋን ከፍ ያለ ነው። በጨው-አልባ መፍትሄ ውስጥ፣ በHEC/PAA፣ MC/PAA እና HPC/PAA የተፈጠሩት ውስብስብ ነገሮች ወሳኝ የፒኤች እሴቶች በቅደም ተከተል 2.9፣ 3.2 እና 3.7 ያህል ነበሩ። የHPC/PAA ወሳኝ የፒኤች መጠን ከHEC/PAA ከፍ ያለ ሲሆን ይህም ከ LBL ሽፋን ጋር የሚስማማ ነው።

የ CE/ PAA ሽፋን የውሃ መምጠጥ አፈፃፀም፡

CES በሃይድሮክሲል ቡድኖች የበለፀገ በመሆኑ ጥሩ የውሃ መምጠጥ እና የውሃ ማቆየት አለው። የHEC/PAA ሽፋንን እንደ ምሳሌ በመውሰድ፣ በሃይድሮጂን የተሳሰረ የCE/PAA ሽፋን ከውሃ ጋር የመምጠጥ አቅም ጥናት ተደርጎበታል። በስፔክትራል ኢንተርፌሮሜትሪ ተለይቶ የሚታወቀው፣ ፊልሙ ውሃ ሲስብ የፊልሙ ውፍረት ይጨምራል። የውሃ መምጠጥ ሚዛንን ለማሳካት በ25°ሴ ለ24 ሰዓታት በሚስተካከል እርጥበት ባለው አካባቢ ውስጥ ተቀምጧል። እርጥበቱን ሙሉ በሙሉ ለማስወገድ ፊልሞቹ በቫክዩም ምድጃ (40°ሴ) ውስጥ ለ24 ሰዓታት ደርቀዋል።

እርጥበት እየጨመረ ሲሄድ ፊልሙ ይወፍራል። ዝቅተኛ የእርጥበት መጠን ከ30%-50% ባለው አካባቢ፣ የውፍረቱ እድገት በአንጻራዊ ሁኔታ ቀርፋፋ ነው። እርጥበት ከ50% ሲበልጥ፣ ውፍረቱ በፍጥነት ያድጋል። ከሃይድሮጂን ጋር ከተያያዘው የPVPON/PAA ሽፋን ጋር ሲነጻጸር፣ የHEC/PAA ሽፋን ከአካባቢው የበለጠ ውሃ ሊስብ ይችላል። አንጻራዊ እርጥበት 70% (25°ሴ) ባለው ሁኔታ፣ የPVPON/PAA ፊልም ውፍረት ክልል 4% ያህል ሲሆን የHEC/PAA ፊልም ደግሞ እስከ 18% ድረስ ከፍ ያለ ነው። ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት በHEC/PAA ስርዓት ውስጥ የተወሰኑ የOH ቡድኖች የሃይድሮጂን ትስስር በመፍጠር ላይ ቢሳተፉም፣ አሁንም በአካባቢው ውስጥ ከውሃ ጋር መስተጋብር የሚፈጥሩ ከፍተኛ ቁጥር ያላቸው የOH ቡድኖች ነበሩ። ስለዚህ፣ የHEC/PAA ስርዓት ጥሩ የውሃ መምጠጥ ባህሪያት አሉት።

በማጠቃለያው ላይ

(1) ከፍተኛ የሃይድሮጂን ትስስር ደረጃ ያለው የHPC/PAA ስርዓት በመካከላቸው ፈጣን እድገት አለው፣ MC/PAA በመሃል ላይ ነው፣ እና HEC/PAA ዝቅተኛው ነው።

(2) የHEC/PAA ፊልም በዝግጅት ሂደቱ ውስጥ መስመራዊ የእድገት ሁነታን አሳይቷል፣ ሌሎቹ ሁለት ፊልሞች ደግሞ MC/PAA እና HPC/PAA በመጀመሪያዎቹ ጥቂት ዑደቶች ውስጥ ጉልህ እድገት አሳይተዋል፣ ከዚያም ወደ መስመራዊ የእድገት ሁነታ ተለውጠዋል።

(3) የ CE/PAA ፊልም እድገት በመፍትሔው pH ላይ ጠንካራ ጥገኛ ነው። የመፍትሔው pH ከወሳኝ ነጥቡ ከፍ ባለ ጊዜ፣ PAA እና CE ወደ ፊልም ሊዋሃዱ አይችሉም። የተሰበሰበው የ CE/PAA ሽፋን በከፍተኛ ፒኤች መፍትሄዎች ውስጥ ይሟሟል።

(4) የCE/PAA ፊልም በOH እና COOH የበለፀገ ስለሆነ፣ የሙቀት ሕክምናው እርስ በርስ እንዲተሳሰር ያደርገዋል። የተሻገረው የCE/PAA ሽፋን ጥሩ መረጋጋት ያለው ሲሆን በከፍተኛ የፒኤች መፍትሄዎች ውስጥ የማይሟሟ ነው።

(5) የCE/PAA ፊልም በአካባቢ ውስጥ ውሃ ለማጠጣት ጥሩ የመምጠጥ አቅም አለው።