संशोधन पार्श्वभूमी
एक नैसर्गिक, मुबलक आणि नूतनीकरणक्षम संसाधन असूनही, सेल्युलोजला त्याच्या न वितळण्याच्या आणि मर्यादित विद्राव्यतेच्या गुणधर्मांमुळे व्यावहारिक उपयोगांमध्ये मोठ्या आव्हानांचा सामना करावा लागतो. सेल्युलोजच्या संरचनेतील उच्च स्फटिकता आणि उच्च-घनतेचे हायड्रोजन बंध यांमुळे ते धारण प्रक्रियेदरम्यान वितळत नाही, परंतु त्याचे विघटन होते आणि ते पाण्यात व बहुतेक सेंद्रिय द्रावकांमध्ये अविद्राव्य असते. पॉलिमर साखळीतील ॲनहायड्रोग्लुकोज एककांवरील हायड्रॉक्सिल गटांच्या एस्टरीकरण आणि ईथरीकरणाद्वारे त्यांचे व्युत्पन्न तयार केले जातात आणि ते नैसर्गिक सेल्युलोजच्या तुलनेत काही वेगळे गुणधर्म दर्शवतात. सेल्युलोजच्या ईथरीकरण अभिक्रियेमुळे अनेक पाण्यात विरघळणारे सेल्युलोज ईथर तयार होऊ शकतात, जसे की मिथाइल सेल्युलोज (MC), हायड्रॉक्सिइथाइल सेल्युलोज (HEC) आणि हायड्रॉक्सिप्रोपाइल सेल्युलोज (HPC), जे अन्न, सौंदर्यप्रसाधने, औषधनिर्माण आणि वैद्यकीय क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. पाण्यात विरघळणारे CE हे पॉलिकार्बॉक्सिलिक आम्ल आणि पॉलिफेनॉल यांच्यासोबत हायड्रोजन-बंधित पॉलिमर तयार करू शकतात.
स्तरा-स्तराने जुळवणी (LBL) ही पॉलिमर कंपोझिट पातळ फिल्म्स तयार करण्याची एक प्रभावी पद्धत आहे. खालील विवेचनात प्रामुख्याने HEC, MC आणि HPC या तीन वेगवेगळ्या CEs ची PAA सोबत LBL जुळवणी कशी केली जाते याचे वर्णन आहे, त्यांच्या जुळवणीच्या वर्तणुकीची तुलना केली आहे आणि LBL जुळवणीवर प्रतिस्थापकांच्या प्रभावाचे विश्लेषण केले आहे. फिल्मच्या जाडीवर pH चा होणारा परिणाम, तसेच फिल्म निर्मिती आणि विरघळण्यावर pH मधील विविध फरकांचा होणारा परिणाम तपासा आणि CE/PAA चे जल-शोषण गुणधर्म विकसित करा.
प्रायोगिक साहित्य:
पॉलिॲक्रेलिक ॲसिड (PAA, Mw = 450,000). हायड्रॉक्सीइथिलसेल्युलोज (HEC) च्या 2wt.% जलीय द्रावणाची श्यानता 300 mPa·s आहे आणि प्रतिस्थापनाची पातळी 2.5 आहे. मिथिलसेल्युलोज (MC, 400 mPa·s श्यानता आणि 1.8 प्रतिस्थापनाची पातळी असलेले 2wt.% जलीय द्रावण). हायड्रॉक्सीप्रोपिल सेल्युलोज (HPC, 400 mPa·s श्यानता आणि 2.5 प्रतिस्थापनाची पातळी असलेले 2wt.% जलीय द्रावण).
चित्रपटाची तयारी:
२५°C तापमानावर सिलिकॉनवर लिक्विड क्रिस्टल लेयर असेंब्लीद्वारे तयार केले. स्लाईड मॅट्रिक्सवर प्रक्रिया करण्याची पद्धत खालीलप्रमाणे आहे: आम्लयुक्त द्रावणात (H2SO4/H2O2, ७/३ व्हॉल्यूम/व्हॉल्यूम) ३० मिनिटे भिजवणे, नंतर pH उदासीन होईपर्यंत अनेक वेळा डीआयनाइज्ड पाण्याने धुणे, आणि शेवटी शुद्ध नायट्रोजनने कोरडे करणे. LBL असेंब्ली स्वयंचलित यंत्रसामग्री वापरून केली जाते. सबस्ट्रेटला CE द्रावण (०.२ mg/mL) आणि PAA द्रावण (०.२ mg/mL) मध्ये आलटून पालटून भिजवले गेले, प्रत्येक द्रावणात ४ मिनिटे भिजवले गेले. प्रत्येक द्रावणात भिजवल्यानंतर, सैलपणे चिकटलेले पॉलिमर काढून टाकण्यासाठी डीआयनाइज्ड पाण्यात प्रत्येकी १ मिनिटासाठी तीन वेळा धुण्याची प्रक्रिया केली गेली. असेंब्ली द्रावण आणि धुण्याच्या द्रावणाचे pH मूल्य दोन्ही pH २.० वर समायोजित केले गेले. तयार केलेल्या फिल्म्सना (CE/PAA)n असे दर्शवले जाते, जिथे n हे असेंब्ली सायकल दर्शवते. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 आणि (HPC/PAA)30 मुख्यत्वे तयार केल्या गेल्या.
चित्रपटातील व्यक्तिरेखांकन:
नॅनोकॅल्क-एक्सआर ओशन ऑप्टिक्स वापरून जवळपास-सामान्य परावर्तन वर्णपट नोंदवले व त्यांचे विश्लेषण केले गेले आणि सिलिकॉनवर जमा केलेल्या फिल्म्सची जाडी मोजली गेली. पार्श्वभूमी म्हणून कोरा सिलिकॉन सबस्ट्रेट वापरून, सिलिकॉन सबस्ट्रेटवरील पातळ फिल्मचा एफटी-आयआर वर्णपट निकोलेट ८७०० इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटरवर संकलित करण्यात आला.
PAA आणि CEs यांच्यातील हायड्रोजन बंध आंतरक्रिया:
HEC, MC आणि HPC यांची PAA सोबत LBL फिल्म्समध्ये जुळणी. HEC/PAA, MC/PAA आणि HPC/PAA यांचे इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रा आकृतीत दाखवले आहेत. HEC/PAA, MC/PAA आणि HPC/PAA यांच्या IR स्पेक्ट्रामध्ये PAA आणि CES चे तीव्र IR सिग्नल्स स्पष्टपणे दिसतात. FT-IR स्पेक्ट्रोस्कोपीद्वारे वैशिष्ट्यपूर्ण शोषण बँड्सच्या शिफ्टचे निरीक्षण करून PAA आणि CES मधील हायड्रोजन बाँड कॉम्प्लेक्सेशनचे विश्लेषण करता येते. CES आणि PAA मधील हायड्रोजन बाँडिंग मुख्यत्वे CES च्या हायड्रॉक्सिल ऑक्सिजन आणि PAA च्या COOH ग्रुपमध्ये होते. हायड्रोजन बाँड तयार झाल्यावर, स्ट्रेचिंग पीक कमी फ्रिक्वेन्सीच्या दिशेने रेड शिफ्ट होते.
शुद्ध PAA पावडरसाठी 1710 cm-1 चे शिखर दिसून आले. जेव्हा पॉलिएक्रिलामाइडला वेगवेगळ्या CEs सह फिल्म्समध्ये एकत्र केले गेले, तेव्हा HEC/PAA, MC/PAA आणि MPC/PAA फिल्म्सची शिखरे अनुक्रमे 1718 cm-1, 1720 cm-1 आणि 1724 cm-1 वर स्थित होती. शुद्ध PAA पावडरच्या तुलनेत, HPC/PAA, MC/PAA आणि HEC/PAA फिल्म्सच्या शिखरांची लांबी अनुक्रमे 14, 10 आणि 8 cm−1 ने सरकली. इथर ऑक्सिजन आणि COOH मधील हायड्रोजन बंध, COOH गटांमधील हायड्रोजन बंधात व्यत्यय आणतो. PAA आणि CE मध्ये जितके जास्त हायड्रोजन बंध तयार होतात, तितकेच IR स्पेक्ट्रामध्ये CE/PAA च्या शिखरात जास्त बदल होतो. HPC मध्ये हायड्रोजन बंध संकुलनाची पातळी सर्वाधिक आहे, PAA आणि MC मध्यम आहेत, आणि HEC मध्ये सर्वात कमी आहे.
PAA आणि CEs च्या संयुक्त फिल्म्सचे वाढीचे वर्तन:
LBL असेंब्ली दरम्यान PAA आणि CEs च्या फिल्म-निर्मिती वर्तणुकीचा अभ्यास QCM आणि स्पेक्ट्रल इंटरफेरोमेट्री वापरून करण्यात आला. पहिल्या काही असेंब्ली चक्रांदरम्यान फिल्मच्या वाढीचे जागेवरच निरीक्षण करण्यासाठी QCM प्रभावी आहे. स्पेक्ट्रल इंटरफेरोमीटर्स १० पेक्षा जास्त चक्रांमध्ये वाढलेल्या फिल्म्ससाठी योग्य आहेत.
संपूर्ण LBL असेंब्ली प्रक्रियेदरम्यान HEC/PAA फिल्मने रेषीय वाढ दर्शवली, तर MC/PAA आणि HPC/PAA फिल्म्सनी असेंब्लीच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात घातांकीय वाढ दर्शवली आणि नंतर तिचे रेषीय वाढीत रूपांतर झाले. रेषीय वाढीच्या क्षेत्रात, कॉम्प्लेक्सेशनची पातळी जितकी जास्त असते, तितकी प्रत्येक असेंब्ली सायकलमागे जाडीची वाढ अधिक होते.
द्रावणाच्या pH चा फिल्मच्या वाढीवर होणारा परिणाम:
द्रावणाचे pH मूल्य हायड्रोजन बंधित पॉलिमर कंपोझिट फिल्मच्या वाढीवर परिणाम करते. एक कमकुवत पॉलिइलेक्ट्रोलाइट असल्याने, द्रावणाचा pH वाढल्यास PAA आयनीकृत होऊन ऋणभारित होते, ज्यामुळे हायड्रोजन बंधांच्या संयोगास प्रतिबंध होतो. जेव्हा PAA च्या आयनीकरणाची पातळी एका विशिष्ट स्तरावर पोहोचते, तेव्हा LBL मध्ये PAA हायड्रोजन बंध स्वीकारणाऱ्यांसोबत फिल्ममध्ये एकत्र येऊ शकत नाही.
द्रावणाच्या pH मध्ये वाढ झाल्याने फिल्मची जाडी कमी झाली, आणि pH 2.5 HPC/PAA व pH 3.0-3.5 HPC/PAA वर फिल्मची जाडी अचानक कमी झाली. HPC/PAA चा क्रांतिक बिंदू सुमारे pH 3.5 आहे, तर HEC/PAA चा सुमारे 3.0 आहे. याचा अर्थ असा की, जेव्हा असेम्ब्ली द्रावणाचा pH 3.5 पेक्षा जास्त असतो, तेव्हा HPC/PAA फिल्म तयार होऊ शकत नाही, आणि जेव्हा द्रावणाचा pH 3.0 पेक्षा जास्त असतो, तेव्हा HEC/PAA फिल्म तयार होऊ शकत नाही. HPC/PAA मेम्ब्रेनच्या हायड्रोजन बाँड कॉम्प्लेक्सेशनच्या उच्च प्रमाणामुळे, HPC/PAA मेम्ब्रेनचे क्रांतिक pH मूल्य HEC/PAA मेम्ब्रेनपेक्षा जास्त आहे. क्षार-विरहित द्रावणात, HEC/PAA, MC/PAA आणि HPC/PAA द्वारे तयार झालेल्या कॉम्प्लेक्सची क्रांतिक pH मूल्ये अनुक्रमे सुमारे 2.9, 3.2 आणि 3.7 होती. HPC/PAA चा क्रांतिक pH हा HEC/PAA पेक्षा जास्त आहे, जे LBL पडद्याच्या क्रांतिक pH शी सुसंगत आहे.
CE/PAA मेम्ब्रेनची पाणी शोषण क्षमता:
सीईएस (CES) मध्ये हायड्रॉक्सिल गट भरपूर प्रमाणात असतात, त्यामुळे त्यात पाणी शोषण्याची आणि धरून ठेवण्याची चांगली क्षमता असते. एचईसी/पीएए (HEC/PAA) मेम्ब्रेनचे उदाहरण घेऊन, हायड्रोजन-बॉन्डेड सीई/पीएए मेम्ब्रेनच्या पर्यावरणातील पाणी शोषून घेण्याच्या क्षमतेचा अभ्यास करण्यात आला. स्पेक्ट्रल इंटरफेरोमेट्रीद्वारे केलेल्या वैशिष्ट्यीकरणानुसार, फिल्म पाणी शोषून घेते तसतशी तिची जाडी वाढते. पाणी शोषणाचा समतोल साधण्यासाठी, ती २५°C तापमानात २४ तासांसाठी समायोजित करता येण्याजोग्या आर्द्रतेच्या वातावरणात ठेवण्यात आली. त्यातील ओलावा पूर्णपणे काढून टाकण्यासाठी, फिल्म्सना व्हॅक्यूम ओव्हनमध्ये (४०°C) २४ तासांसाठी वाळवण्यात आले.
जसजशी आर्द्रता वाढते, तसतसा थर जाड होतो. ३०%-५०% च्या कमी आर्द्रतेच्या क्षेत्रात, जाडीची वाढ तुलनेने मंद असते. जेव्हा आर्द्रता ५०% पेक्षा जास्त होते, तेव्हा जाडी वेगाने वाढते. हायड्रोजन-बॉन्डेड PVPON/PAA मेम्ब्रेनच्या तुलनेत, HEC/PAA मेम्ब्रेन पर्यावरणातून अधिक पाणी शोषून घेऊ शकतो. ७०% सापेक्ष आर्द्रतेच्या (२५°C) परिस्थितीत, PVPON/PAA थराची जाडी वाढण्याचे प्रमाण सुमारे ४% असते, तर HEC/PAA थराची जाडी वाढण्याचे प्रमाण सुमारे १८% पर्यंत असते. निकालांवरून असे दिसून आले की, जरी HEC/PAA प्रणालीतील काही OH गट हायड्रोजन बंध तयार करण्यात सहभागी झाले असले, तरीही पर्यावरणातील पाण्याशी आंतरक्रिया करणारे OH गट मोठ्या संख्येने होते. त्यामुळे, HEC/PAA प्रणालीमध्ये पाणी शोषण्याचे चांगले गुणधर्म आहेत.
निष्कर्षतः
(1) CE आणि PAA मध्ये सर्वाधिक हायड्रोजन बॉन्डिंग डिग्री असलेल्या HPC/PAA प्रणालीची वाढ त्यांपैकी सर्वात जलद आहे, MC/PAA मध्यम आहे आणि HEC/PAA सर्वात कमी आहे.
(2) HEC/PAA फिल्मने संपूर्ण तयारी प्रक्रियेदरम्यान रेषीय वाढ दर्शविली, तर इतर दोन फिल्म्स MC/PAA आणि HPC/PAA ने पहिल्या काही चक्रांमध्ये घातांकीय वाढ दर्शविली आणि नंतर रेषीय वाढ पद्धतीत रूपांतरित झाली.
(3) CE/PAA फिल्मची वाढ द्रावणाच्या pH वर मोठ्या प्रमाणात अवलंबून असते. जेव्हा द्रावणाचा pH त्याच्या क्रांतिक बिंदूपेक्षा जास्त असतो, तेव्हा PAA आणि CE एकत्र येऊन फिल्म बनवू शकत नाहीत. तयार झालेली CE/PAA झिल्ली उच्च pH असलेल्या द्रावणांमध्ये विरघळणारी होती.
(4) CE/PAA फिल्ममध्ये OH आणि COOH मुबलक प्रमाणात असल्याने, उष्णता उपचाराने ती क्रॉस-लिंक्ड होते. क्रॉस-लिंक्ड CE/PAA मेम्ब्रेनमध्ये चांगली स्थिरता असते आणि ती उच्च pH असलेल्या द्रावणांमध्ये अविद्राव्य असते.
(5) CE/PAA फिल्ममध्ये पर्यावरणातील पाणी शोषून घेण्याची चांगली क्षमता आहे.
पोस्ट करण्याची वेळ: १८ फेब्रुवारी २०२३