سيلولوز ايٿر/پولي ايڪريلڪ ايسڊ هائيڊروجن بانڊنگ فلم

تحقيق جو پس منظر

هڪ قدرتي، وافر ۽ قابل تجديد وسيلن جي طور تي، سيلولوز کي عملي استعمالن ۾ وڏين چئلينجن کي منهن ڏيڻو پوي ٿو ڇاڪاڻ ته ان جي غير پگھلڻ ۽ محدود حل ٿيندڙ خاصيتن جي ڪري. سيلولوز جي جوڙجڪ ۾ اعليٰ ڪرسٽلينٽي ۽ اعليٰ کثافت وارا هائيڊروجن بانڊ ان کي قبضي جي عمل دوران خراب ڪن ٿا پر پگھل نه ٿا ڪن، ۽ پاڻي ۽ اڪثر نامياتي محلولن ۾ حل نه ٿين ٿا. انهن جا نڪتل پوليمر زنجير ۾ اينهائيڊروگلوڪوز يونٽن تي هائيڊروڪسيل گروپن جي ايسٽريفڪيشن ۽ ايٿريفڪيشن ذريعي پيدا ٿين ٿا، ۽ قدرتي سيلولوز جي مقابلي ۾ ڪجهه مختلف خاصيتون ڏيکاريندا. سيلولوز جو ايٿريفڪيشن رد عمل ڪيترائي پاڻي ۾ حل ٿيندڙ سيلولوز ايٿر پيدا ڪري سگهي ٿو، جهڙوڪ ميٿائل سيلولوز (MC)، هائيڊروڪسيٿائل سيلولوز (HEC) ۽ هائيڊروڪسيپروپيل سيلولوز (HPC)، جيڪي کاڌي، سينگار، دواسازي ۽ دوائن ۾ وڏي پيماني تي استعمال ٿين ٿا. پاڻي ۾ حل ٿيندڙ سي اي پولي ڪاربوڪسيلڪ ايسڊ ۽ پولي فينول سان هائيڊروجن-بانڊڊ پوليمر ٺاهي سگھي ٿو.

پرت-بائي-پرت اسيمبلي (LBL) پوليمر جامع پتلي فلمون تيار ڪرڻ لاءِ هڪ مؤثر طريقو آهي. هيٺ ڏنل بنيادي طور تي PAA سان HEC، MC ۽ HPC جي ٽن مختلف CEs جي LBL اسيمبلي کي بيان ڪري ٿو، انهن جي اسيمبلي رويي جو مقابلو ڪري ٿو، ۽ LBL اسيمبلي تي متبادل جي اثر جو تجزيو ڪري ٿو. فلم جي ٿلهي تي pH جي اثر، ۽ فلم جي ٺهڻ ۽ تحليل تي pH جي مختلف فرقن جي جاچ ڪريو، ۽ CE/PAA جي پاڻي جذب ڪرڻ جي خاصيتن کي ترقي ڪريو.

تجرباتي مواد:

پولي ايڪريلڪ ايسڊ (PAA، Mw = 450,000). هائيڊروڪسيٿيل سيلولوز (HEC) جي 2wt.% آبي محلول جي ويسڪوسيٽي 300 mPa·s آهي، ۽ متبادل جي ڊگري 2.5 آهي. ميٿائل سيلولوز (MC، هڪ 2wt.% آبي محلول جنهن جي ويسڪوسيٽي 400 mPa·s آهي ۽ متبادل جي ڊگري 1.8 آهي). هائيڊروڪسي پروپيل سيلولوز (HPC، هڪ 2wt.% آبي محلول جنهن جي ويسڪوسيٽي 400 mPa·s آهي ۽ متبادل جي ڊگري 2.5 آهي).

فلم جي تياري:

سلڪون تي 25°C تي مائع ڪرسٽل پرت اسيمبليءَ ذريعي تيار ڪيو ويو. سلائيڊ ميٽرڪس جو علاج جو طريقو هن ريت آهي: تيزابي محلول (H2SO4/H2O2، 7/3Vol/VOL) ۾ 30 منٽن لاءِ ٻوڙيو، پوءِ ڊيونائيزڊ پاڻي سان ڪيترائي ڀيرا ڌوئو جيستائين پي ايڇ غير جانبدار نه ٿي وڃي، ۽ آخرڪار خالص نائٽروجن سان سڪيو. LBL اسيمبلي خودڪار مشينري استعمال ڪندي ڪئي ويندي آهي. سبسٽريٽ کي متبادل طور تي CE محلول (0.2 mg/mL) ۽ PAA محلول (0.2 mg/mL) ۾ ٻوڙيو ويو، هر محلول کي 4 منٽن لاءِ ٻوڙيو ويو. هر محلول جي وچ ۾ 1 منٽ جا ٽي ڌوئو ڊيونائيزڊ پاڻي ۾ سوڪ ڪيا ويا ته جيئن ٿلهي طور تي ڳنڍيل پوليمر کي هٽايو وڃي. اسيمبلي محلول ۽ ريننگ محلول جي pH قدرن کي pH 2.0 تي ترتيب ڏنو ويو. تيار ڪيل فلمن کي (CE/PAA)n طور ظاهر ڪيو ويو آهي، جتي n اسيمبلي چڪر کي ظاهر ڪري ٿو. (HEC/PAA)40، (MC/PAA)30 ۽ (HPC/PAA)30 بنيادي طور تي تيار ڪيا ويا هئا.

فلم جي ڪردار نگاري:

نانو ڪيلڪ-ايڪس آر اوشن آپٽڪس سان تقريبن عام عڪاسي اسپيڪٽرا کي رڪارڊ ڪيو ويو ۽ تجزيو ڪيو ويو، ۽ سلڪون تي جمع ٿيل فلمن جي ٿلهي کي ماپيو ويو. پس منظر جي طور تي هڪ خالي سلڪون سبسٽريٽ سان، سلڪون سبسٽريٽ تي پتلي فلم جي FT-IR اسپيڪٽرم کي نڪوليٽ 8700 انفراريڊ اسپيڪٽروميٽر تي گڏ ڪيو ويو.

PAA ۽ CEs جي وچ ۾ هائيڊروجن بانڊ رابطي:

HEC، MC ۽ HPC جو PAA سان LBL فلمن ۾ اسمبلي. HEC/PAA، MC/PAA ۽ HPC/PAA جو انفراريڊ اسپيڪٽرا شڪل ۾ ڏيکاريل آهي. PAA ۽ CES جا مضبوط IR سگنل HEC/PAA، MC/PAA ۽ HPC/PAA جي IR اسپيڪٽرا ۾ واضح طور تي ڏسي سگهجن ٿا. FT-IR اسپيڪٽرو اسڪوپي خاصيت واري جذب ڪندڙ بينڊ جي شفٽ جي نگراني ڪندي PAA ۽ CES جي وچ ۾ هائيڊروجن بانڊ پيچيدگي جو تجزيو ڪري سگهي ٿي. CES ۽ PAA جي وچ ۾ هائيڊروجن بانڊنگ بنيادي طور تي CES جي هائيڊروڪسيل آڪسيجن ۽ PAA جي COOH گروپ جي وچ ۾ ٿيندي آهي. هائيڊروجن بانڊ ٺهڻ کان پوءِ، اسٽريچنگ چوٽي ريڊ گهٽ فريڪوئنسي هدايت ڏانهن شفٽ ٿي ويندي آهي.

خالص PAA پائوڊر لاءِ 1710 سينٽي ميٽر-1 جي چوٽي ڏٺي وئي. جڏهن پولي ايڪريلامائيڊ کي مختلف CEs سان فلمن ۾ گڏ ڪيو ويو، ته HEC/PAA، MC/PAA ۽ MPC/PAA فلمن جون چوٽيون ترتيب وار 1718 سينٽي ميٽر-1، 1720 سينٽي ميٽر-1 ۽ 1724 سينٽي ميٽر-1 تي واقع هيون. خالص PAA پائوڊر جي مقابلي ۾، HPC/PAA، MC/PAA ۽ HEC/PAA فلمن جي چوٽي جي ڊيگهه ترتيب وار 14، 10 ۽ 8 سينٽي ميٽر-1 منتقل ڪئي وئي. ايٿر آڪسيجن ۽ COOH جي وچ ۾ هائيڊروجن بانڊ COOH گروپن جي وچ ۾ هائيڊروجن بانڊ کي روڪي ٿو. PAA ۽ CE جي وچ ۾ جيترا وڌيڪ هائيڊروجن بانڊ ٺهن ٿا، IR اسپيڪٽرا ۾ CE/PAA جي چوٽي جي شفٽ اوترو ئي وڌيڪ هوندي. HPC ۾ هائيڊروجن بانڊ پيچيدگي جي سڀ کان وڌيڪ ڊگري هوندي آهي، PAA ۽ MC وچ ۾ هوندا آهن، ۽ HEC سڀ کان گهٽ هوندو آهي.

پي اي اي ۽ سي اي جي جامع فلمن جي واڌ جو رويو:

LBL اسيمبلي دوران PAA ۽ CEs جي فلم ٺاهڻ واري رويي جي جاچ QCM ۽ اسپيڪٽرل انٽرفيروميٽري استعمال ڪندي ڪئي وئي. QCM پهرين ڪجهه اسيمبلي چڪرن دوران سيٽو ۾ فلم جي واڌ جي نگراني لاءِ اثرائتو آهي. اسپيڪٽرل انٽرفيروميٽر 10 چڪرن کان وڌيڪ پوکيل فلمن لاءِ موزون آهن.

ايڇ اي سي/پي اي اي فلم سڄي ايل بي ايل اسيمبلي جي عمل دوران هڪ لڪير واري واڌ ڏيکاري، جڏهن ته ايم سي/پي اي اي ۽ ايڇ پي سي/پي اي اي فلمن اسيمبلي جي شروعاتي مرحلن ۾ هڪ تيز رفتار واڌ ڏيکاري ۽ پوءِ هڪ لڪير واري واڌ ۾ تبديل ٿي وئي. لڪير واري واڌ واري علائقي ۾، پيچيدگي جي درجي جيتري وڌيڪ هوندي، هر اسيمبلي چڪر ۾ ٿلهي جي واڌ اوتري ئي وڌيڪ هوندي.

فلم جي واڌ تي محلول جي پي ايڇ جو اثر:

محلول جي pH قدر هائيڊروجن بانڊڊ پوليمر ڪمپوزٽ فلم جي واڌ کي متاثر ڪري ٿي. هڪ ڪمزور پولي اليڪٽرولائٽ جي طور تي، PAA آئنائيز ٿيندو ۽ منفي طور تي چارج ٿيندو جيئن محلول جو pH وڌندو، ان ڪري هائيڊروجن بانڊ ايسوسيئيشن کي روڪيو ويندو. جڏهن PAA جي آئنائيزيشن جي ڊگري هڪ خاص سطح تي پهچي وئي، PAA LBL ۾ هائيڊروجن بانڊ قبول ڪندڙن سان فلم ۾ گڏ نه ٿي سگهيو.

محلول جي pH ۾ واڌ سان فلم جي ٿولهه گهٽجي وئي، ۽ pH2.5 HPC/PAA ۽ pH3.0-3.5 HPC/PAA تي فلم جي ٿولهه اوچتو گهٽجي وئي. HPC/PAA جو نازڪ نقطو تقريباً pH 3.5 آهي، جڏهن ته HEC/PAA جو تقريباً 3.0 آهي. ان جو مطلب آهي ته جڏهن اسيمبلي محلول جو pH 3.5 کان وڌيڪ هوندو آهي، ته HPC/PAA فلم نه ٺهي سگهندي آهي، ۽ جڏهن محلول جو pH 3.0 کان وڌيڪ هوندو آهي، ته HEC/PAA فلم نه ٺهي سگهندي آهي. HPC/PAA جھلي جي هائيڊروجن بانڊ پيچيدگي جي اعليٰ درجي جي ڪري، HPC/PAA جھلي جي نازڪ pH قدر HEC/PAA جھلي کان وڌيڪ هوندي آهي. لوڻ کان پاڪ محلول ۾، HEC/PAA، MC/PAA ۽ HPC/PAA پاران ٺهيل ڪمپليڪس جون نازڪ pH قدرون ترتيب وار 2.9، 3.2 ۽ 3.7 هيون. HPC/PAA جو نازڪ pH HEC/PAA کان وڌيڪ آهي، جيڪو LBL جھلي سان مطابقت رکي ٿو.

CE/PAA جھلي جي پاڻي جذب ڪرڻ جي ڪارڪردگي:

سي اي ايس هائيڊروڪسيل گروپن ۾ مالا مال آهي تنهنڪري ان ۾ پاڻي جذب ڪرڻ ۽ پاڻي برقرار رکڻ سٺو آهي. مثال طور HEC/PAA جھلي کي وٺي، ماحول ۾ پاڻي کي هائيڊروجن-بانڊڊ CE/PAA جھلي جي جذب ڪرڻ جي صلاحيت جو مطالعو ڪيو ويو. اسپيڪٽرل انٽرفيروميٽري جي خاصيت سان، فلم جي ٿلهي وڌندي آهي جيئن فلم پاڻي جذب ڪري ٿي. ان کي 24 ڪلاڪن لاءِ 25 ° C تي ترتيب ڏيڻ واري نمي سان ماحول ۾ رکيو ويو ته جيئن پاڻي جذب ڪرڻ جو توازن حاصل ڪري سگهجي. فلمن کي 24 ڪلاڪن لاءِ ويڪيوم اوون (40 ° C) ۾ خشڪ ڪيو ويو ته جيئن نمي کي مڪمل طور تي ختم ڪري سگهجي.

جيئن نمي وڌي ٿي، فلم ٿلهي ٿئي ٿي. 30%-50% جي گهٽ نمي واري علائقي ۾، ٿلهي جي واڌ نسبتاً سست هوندي آهي. جڏهن نمي 50% کان وڌي ٿي، ته ٿلهي تيزي سان وڌي ٿي. هائيڊروجن سان ڳنڍيل PVPON/PAA جھلي جي مقابلي ۾، HEC/PAA جھلي ماحول مان وڌيڪ پاڻي جذب ڪري سگهي ٿي. 70% (25°C) جي نسبتي نمي جي حالت ۾، PVPON/PAA فلم جي ٿلهي ٿيڻ جي حد تقريباً 4% آهي، جڏهن ته HEC/PAA فلم جي ٿلهي ٿيڻ جي حد تقريباً 18% آهي. نتيجن مان ظاهر ٿيو ته جيتوڻيڪ HEC/PAA سسٽم ۾ OH گروپن جي هڪ خاص مقدار هائيڊروجن بانڊ جي ٺهڻ ۾ حصو ورتو، پر اڃا تائين ماحول ۾ پاڻي سان رابطي ۾ OH گروپن جي هڪ وڏي تعداد موجود هئي. تنهن ڪري، HEC/PAA سسٽم ۾ پاڻي جذب ڪرڻ جون سٺيون خاصيتون آهن.

نتيجي ۾

(1) HPC/PAA سسٽم جنهن ۾ CE ۽ PAA جي سڀ کان وڌيڪ هائيڊروجن بانڊنگ ڊگري آهي، انهن ۾ تيز ترين واڌ آهي، MC/PAA وچ ۾ آهي، ۽ HEC/PAA سڀ کان گهٽ آهي.

(2) HEC/PAA فلم تياري جي عمل دوران هڪ لڪير واري واڌ واري موڊ ڏيکاريو، جڏهن ته ٻيون ٻه فلمون MC/PAA ۽ HPC/PAA پهرين ڪجهه چڪرن ۾ هڪ تيز رفتار واڌ ڏيکاري، ۽ پوءِ هڪ لڪير واري واڌ واري موڊ ۾ تبديل ٿي ويون.

(3) CE/PAA فلم جي واڌ ويجهه جو محلول جي pH تي مضبوط انحصار آهي. جڏهن محلول جي pH ان جي نازڪ نقطي کان وڌيڪ هوندي آهي، ته PAA ۽ CE هڪ فلم ۾ گڏ نه ٿي سگهندا آهن. گڏ ٿيل CE/PAA جھلي اعلي pH محلولن ۾ حل ٿيندڙ هئي.

(4) جيئن ته CE/PAA فلم OH ۽ COOH سان مالا مال آهي، گرمي علاج ان کي ڪراس لنڪڊ بڻائي ٿو. ڪراس لنڪڊ CE/PAA جھلي ۾ سٺي استحڪام آهي ۽ اعلي pH محلولن ۾ حل نه ٿيندڙ آهي.

(5) CE/PAA فلم ۾ ماحول ۾ پاڻي جذب ڪرڻ جي سٺي صلاحيت آهي.