செல்லுலோஸ் ஈதர்/பாலிஅக்ரிலிக் அமில ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு படலம்

ஆராய்ச்சி பின்னணி

ஒரு இயற்கையான, ஏராளமாகக் கிடைக்கும் மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க வளமாக இருப்பதால், செல்லுலோஸ் அதன் உருகாத மற்றும் குறைந்த கரைதிறன் பண்புகள் காரணமாக நடைமுறைப் பயன்பாடுகளில் பெரும் சவால்களை எதிர்கொள்கிறது. செல்லுலோஸ் கட்டமைப்பில் உள்ள உயர் படிகத்தன்மை மற்றும் அதிக அடர்த்தி கொண்ட ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள், பதப்படுத்தும் செயல்முறையின் போது அது சிதைவடையச் செய்கின்றன, ஆனால் உருகுவதில்லை; மேலும், இது நீரிலும் பெரும்பாலான கரிமக் கரைப்பான்களிலும் கரையாததாக உள்ளது. பாலிமர் சங்கிலியில் உள்ள அன்ஹைட்ரோகுளுக்கோஸ் அலகுகளில் இருக்கும் ஹைட்ராக்சில் தொகுதிகளின் எஸ்டராக்கம் மற்றும் ஈத்தராக்க வினைகளால் அவற்றின் வழிப்பொருட்கள் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன, மேலும் அவை இயற்கையான செல்லுலோஸுடன் ஒப்பிடும்போது சில வேறுபட்ட பண்புகளை வெளிப்படுத்தும். செல்லுலோஸின் ஈத்தராக்க வினையானது, மெத்தில் செல்லுலோஸ் (MC), ஹைட்ராக்சிஈதைல் செல்லுலோஸ் (HEC) மற்றும் ஹைட்ராக்சிபுரோப்பைல் செல்லுலோஸ் (HPC) போன்ற நீரில் கரையக்கூடிய பல செல்லுலோஸ் ஈத்தர்களை உருவாக்க முடியும். இவை உணவு, அழகுசாதனப் பொருட்கள், மருந்துகள் மற்றும் மருத்துவத் துறைகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. நீரில் கரையக்கூடிய செல்லுலோஸ், பாலிகார்பாக்சிலிக் அமிலங்கள் மற்றும் பாலிபீனால்களுடன் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புள்ள பாலிமர்களை உருவாக்க முடியும்.

அடுக்குக்கு அடுக்கு உருவாக்கம் (LBL) என்பது பாலிமர் கலவை மென்படலங்களைத் தயாரிப்பதற்கான ஒரு செயல்திறன் மிக்க முறையாகும். பின்வருவன, முக்கியமாக HEC, MC மற்றும் HPC ஆகிய மூன்று வெவ்வேறு CE-களை PAA உடன் LBL முறையில் உருவாக்குவதை விவரிக்கிறது, அவற்றின் உருவாக்கப் பண்புகளை ஒப்பிடுகிறது, மற்றும் LBL உருவாக்கத்தில் பதிலீடுகளின் தாக்கத்தைப் பகுப்பாய்வு செய்கிறது. படலத்தின் தடிமன் மீது pH-இன் விளைவையும், படல உருவாக்கம் மற்றும் கரைதலில் pH-இன் வெவ்வேறு வேறுபாடுகளையும் ஆராய்ந்து, CE/PAA-இன் நீர் உறிஞ்சும் பண்புகளை மேம்படுத்துகின்றன.

சோதனைப் பொருட்கள்:

பாலிஅக்ரிலிக் அமிலம் (PAA, மூலக்கூறு எடை = 450,000). ஹைட்ராக்ஸிஎத்தில்செல்லுலோஸின் (HEC) 2 எடை% நீர்க்கரைசலின் பாகுத்தன்மை 300 mPa·s மற்றும் பதிலீட்டு அளவு 2.5 ஆகும். மெத்தில்செல்லுலோஸ் (MC, 400 mPa·s பாகுத்தன்மை மற்றும் 1.8 பதிலீட்டு அளவைக் கொண்ட 2 எடை% நீர்க்கரைசல்). ஹைட்ராக்ஸிபுரோப்பைல் செல்லுலோஸ் (HPC, 400 mPa·s பாகுத்தன்மை மற்றும் 2.5 பதிலீட்டு அளவைக் கொண்ட 2 எடை% நீர்க்கரைசல்).

திரைப்படத் தயாரிப்பு:

25°C வெப்பநிலையில் சிலிக்கானின் மீது திரவப் படிக அடுக்கு அசெம்பிளி மூலம் தயாரிக்கப்பட்டது. ஸ்லைடு மேட்ரிக்ஸின் பதப்படுத்தும் முறை பின்வருமாறு: அமிலக் கரைசலில் (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 நிமிடங்கள் ஊறவைத்தல், பின்னர் pH நடுநிலையாகும் வரை பலமுறை அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட நீரில் கழுவுதல், இறுதியாகத் தூய நைட்ரஜனைக் கொண்டு உலர்த்துதல். LBL அசெம்பிளி தானியங்கி இயந்திரங்களைப் பயன்படுத்திச் செய்யப்படுகிறது. அடிமூலக்கூறானது CE கரைசல் (0.2 mg/mL) மற்றும் PAA கரைசல் (0.2 mg/mL) ஆகியவற்றில் மாறி மாறி ஊறவைக்கப்பட்டது; ஒவ்வொரு கரைசலிலும் 4 நிமிடங்கள் ஊறவைக்கப்பட்டது. தளர்வாகப் பிணைக்கப்பட்ட பாலிமரை அகற்றுவதற்காக, ஒவ்வொரு கரைசல் ஊறலுக்கும் இடையில் அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட நீரில் தலா 1 நிமிடம் வீதம் மூன்று முறை கழுவி ஊறவைத்தல் செய்யப்பட்டது. அசெம்பிளி கரைசல் மற்றும் கழுவும் கரைசல் ஆகியவற்றின் pH மதிப்புகள் இரண்டும் pH 2.0 ஆகச் சரிசெய்யப்பட்டன. இவ்வாறு தயாரிக்கப்பட்ட படலங்கள் (CE/PAA)n எனக் குறிப்பிடப்படுகின்றன, இங்கு n என்பது அசெம்பிளி சுழற்சியைக் குறிக்கிறது. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 மற்றும் (HPC/PAA)30 ஆகியவை முக்கியமாகத் தயாரிக்கப்பட்டன.

திரைப்படப் பாத்திரப்படைப்பு:

நானோகால்க்-எக்ஸ்ஆர் ஓஷன் ஆப்டிக்ஸ் (NanoCalc-XR Ocean Optics) மூலம் கிட்டத்தட்ட இயல்பான எதிரொளிப்பு நிறமாலைகள் பதிவு செய்யப்பட்டு பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டன, மேலும் சிலிக்கானின் மீது படியவைக்கப்பட்ட படலங்களின் தடிமன் அளவிடப்பட்டது. ஒரு வெற்று சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறைப் பின்னணியாகக் கொண்டு, சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறின் மீதான மெல்லிய படலத்தின் எஃப்.டி-ஐ.ஆர் (FT-IR) நிறமாலை, நிக்கோலெட் 8700 அகச்சிவப்பு நிறமாலைமானியில் சேகரிக்கப்பட்டது.

PAA மற்றும் CE-களுக்கு இடையேயான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு இடைவினைகள்:

HEC, MC மற்றும் HPC ஆகியவற்றை PAA உடன் சேர்த்து LBL படலங்களாக உருவாக்குதல். HEC/PAA, MC/PAA மற்றும் HPC/PAA ஆகியவற்றின் அகச்சிவப்பு நிறமாலைகள் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளன. HEC/PAA, MC/PAA மற்றும் HPC/PAA ஆகியவற்றின் அகச்சிவப்பு நிறமாலைகளில் PAA மற்றும் CES-இன் வலுவான அகச்சிவப்பு சமிக்ஞைகளைத் தெளிவாகக் காண முடிகிறது. சிறப்பியல்பு உறிஞ்சுதல் பட்டைகளின் நகர்வைக் கண்காணிப்பதன் மூலம், FT-IR நிறமாலையியல் PAA மற்றும் CES-க்கு இடையேயான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு சிக்கலாக்கத்தைப் பகுப்பாய்வு செய்ய முடியும். CES மற்றும் PAA-க்கு இடையேயான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு முக்கியமாக CES-இன் ஹைட்ராக்சில் ஆக்ஸிஜனுக்கும் PAA-இன் COOH தொகுதிக்கும் இடையில் ஏற்படுகிறது. ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு உருவான பிறகு, நீட்சி உச்சியானது குறைந்த அதிர்வெண் திசையை நோக்கி சிவப்பு நிறத்திற்கு நகர்கிறது.

தூய PAA தூளில் 1710 cm-1 உச்சம் காணப்பட்டது. பாலிஅக்ரிலாமைடு வெவ்வேறு CE-களுடன் படலங்களாக உருவாக்கப்பட்டபோது, ​​HEC/PAA, MC/PAA மற்றும் MPC/PAA படலங்களின் உச்சங்கள் முறையே 1718 cm-1, 1720 cm-1 மற்றும் 1724 cm-1-ல் அமைந்திருந்தன. தூய PAA தூளுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​HPC/PAA, MC/PAA மற்றும் HEC/PAA படலங்களின் உச்ச நீளங்கள் முறையே 14, 10 மற்றும் 8 cm−1 அளவுக்கு நகர்ந்தன. ஈதர் ஆக்ஸிஜனுக்கும் COOH-க்கும் இடையேயான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு, COOH குழுக்களுக்கு இடையேயான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பைத் தடுக்கிறது. PAA மற்றும் CE-க்கு இடையில் எவ்வளவு அதிகமான ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் உருவாகின்றனவோ, அவ்வளவு அதிகமாக அகச்சிவப்பு நிறமாலையில் (IR spectra) CE/PAA-வின் உச்ச நகர்வு இருக்கும். HPC மிக உயர்ந்த அளவிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு சிக்கலாக்கத்தைக் கொண்டுள்ளது, PAA மற்றும் MC நடுவில் உள்ளன, மற்றும் HEC மிகக் குறைவாக உள்ளது.

PAA மற்றும் CE-களின் கலவைப் படலங்களின் வளர்ச்சிப் பண்புகள்:

LBL அசெம்பிளியின் போது PAA மற்றும் CE-களின் படலம் உருவாக்கும் நடத்தை, QCM மற்றும் நிறமாலை குறுக்கீட்டுமானி ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி ஆராயப்பட்டது. முதல் சில அசெம்பிளி சுழற்சிகளின் போது, ​​படல வளர்ச்சியை நிகழ்விடத்திலேயே கண்காணிக்க QCM பயனுள்ளதாக இருக்கிறது. 10 சுழற்சிகளுக்கு மேல் வளர்க்கப்பட்ட படலங்களுக்கு நிறமாலை குறுக்கீட்டுமானிகள் பொருத்தமானவை.

LBL அசெம்பிளி செயல்முறை முழுவதும் HEC/PAA படலம் ஒரு நேரியல் வளர்ச்சியைக் காட்டியது, அதேசமயம் MC/PAA மற்றும் HPC/PAA படலங்கள் அசெம்பிளியின் ஆரம்ப கட்டங்களில் ஒரு அதிவேக வளர்ச்சியைக் காட்டி, பின்னர் நேரியல் வளர்ச்சியாக மாறின. நேரியல் வளர்ச்சிப் பகுதியில், சிக்கலாக்கத்தின் அளவு அதிகமாக இருக்க, ஒவ்வொரு அசெம்பிளி சுழற்சிக்கும் தடிமன் வளர்ச்சி அதிகமாக இருந்தது.

படல வளர்ச்சியில் கரைசலின் pH மதிப்பின் தாக்கம்:

கரைசலின் pH மதிப்பு, ஹைட்ரஜன் பிணைப்புள்ள பாலிமர் கூட்டுப் படலத்தின் வளர்ச்சியைப் பாதிக்கிறது. ஒரு வலிமை குறைந்த பாலிஎலக்ட்ரோலைட்டாக இருப்பதால், கரைசலின் pH அதிகரிக்கும்போது PAA அயனியாக்கம் அடைந்து எதிர்மின்னூட்டம் பெறுகிறது. இதனால், ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு உருவாக்கம் தடுக்கப்படுகிறது. PAA-வின் அயனியாக்கத்தின் அளவு ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையை எட்டும்போது, ​​LBL-இல் உள்ள ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு ஏற்பிகளுடன் PAA-வால் ஒரு படலமாக ஒன்றுசேர முடியவில்லை.

கரைசலின் pH மதிப்பு அதிகரித்ததால் படலத்தின் தடிமன் குறைந்தது, மேலும் pH 2.5 HPC/PAA மற்றும் pH 3.0-3.5 HPC/PAA மதிப்புகளில் படலத்தின் தடிமன் திடீரெனக் குறைந்தது. HPC/PAA-இன் மாறுநிலைப்புள்ளி சுமார் pH 3.5 ஆகவும், HEC/PAA-இன் மாறுநிலைப்புள்ளி சுமார் 3.0 ஆகவும் உள்ளது. இதன் பொருள், ஒருங்கிணைப்புக் கரைசலின் pH மதிப்பு 3.5-ஐ விட அதிகமாக இருக்கும்போது, ​​HPC/PAA படலத்தை உருவாக்க முடியாது, மேலும் கரைசலின் pH மதிப்பு 3.0-ஐ விட அதிகமாக இருக்கும்போது, ​​HEC/PAA படலத்தை உருவாக்க முடியாது. HPC/PAA சவ்வின் உயர் அளவிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு சிக்கலாக்கத்தின் காரணமாக, HPC/PAA சவ்வின் மாறுநிலை pH மதிப்பு HEC/PAA சவ்வின் மதிப்பை விட அதிகமாக உள்ளது. உப்பு இல்லாத கரைசலில், HEC/PAA, MC/PAA மற்றும் HPC/PAA ஆகியவற்றால் உருவாக்கப்பட்ட சிக்கல்களின் மாறுநிலை pH மதிப்புகள் முறையே சுமார் 2.9, 3.2 மற்றும் 3.7 ஆக இருந்தன. HPC/PAA-இன் மாறுநிலை pH ஆனது HEC/PAA-ஐ விட அதிகமாக உள்ளது, இது LBL சவ்வின் pH உடன் ஒத்துப்போகிறது.

CE/ PAA சவ்வின் நீர் உறிஞ்சும் செயல்திறன்:

CES-ல் ஹைட்ராக்சில் தொகுதிகள் அதிகமாக இருப்பதால், அது நல்ல நீர் உறிஞ்சும் மற்றும் தக்கவைக்கும் திறனைக் கொண்டுள்ளது. HEC/PAA சவ்வை உதாரணமாகக் கொண்டு, சுற்றுச்சூழலில் உள்ள நீரை ஹைட்ரஜன் பிணைப்புள்ள CE/PAA சவ்வு உறிஞ்சும் திறன் ஆய்வு செய்யப்பட்டது. நிறமாலை குறுக்கீட்டுமானி மூலம் ஆராயப்பட்டதில், படலம் நீரை உறிஞ்சும்போது அதன் தடிமன் அதிகரிக்கிறது. நீர் உறிஞ்சும் சமநிலையை அடைவதற்காக, அது 25°C வெப்பநிலையில், சரிசெய்யக்கூடிய ஈரப்பதம் கொண்ட சூழலில் 24 மணி நேரம் வைக்கப்பட்டது. ஈரப்பதத்தை முழுமையாக அகற்றுவதற்காக, அந்தப் படலங்கள் 24 மணி நேரம் வெற்றிட அடுப்பில் (40°C) உலர்த்தப்பட்டன.

ஈரப்பதம் அதிகரிக்கும்போது, ​​படலம் தடிமனாகிறது. 30%-50% வரையிலான குறைந்த ஈரப்பதம் உள்ள பகுதியில், தடிமன் வளர்ச்சி ஒப்பீட்டளவில் மெதுவாக உள்ளது. ஈரப்பதம் 50%-ஐத் தாண்டும்போது, ​​தடிமன் வேகமாக வளர்கிறது. ஹைட்ரஜன் பிணைப்புள்ள PVPON/PAA சவ்வுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​HEC/PAA சவ்வு சுற்றுச்சூழலிலிருந்து அதிக நீரை உறிஞ்சும் திறன் கொண்டது. 70% ஒப்பு ஈரப்பதம் (25°C) நிலையில், PVPON/PAA படலத்தின் தடிமன் வரம்பு சுமார் 4% ஆகவும், HEC/PAA படலத்தின் தடிமன் வரம்பு சுமார் 18% ஆகவும் உள்ளது. HEC/PAA அமைப்பில் உள்ள ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு OH குழுக்கள் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளின் உருவாக்கத்தில் பங்கேற்றாலும், கணிசமான எண்ணிக்கையிலான OH குழுக்கள் சுற்றுச்சூழலில் உள்ள நீருடன் வினைபுரிகின்றன என்பதை முடிவுகள் காட்டின. எனவே, HEC/PAA அமைப்பு நல்ல நீர் உறிஞ்சும் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது.

முடிவாக

(1) CE மற்றும் PAA ஆகியவற்றின் மிக உயர்ந்த ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு அளவைக் கொண்ட HPC/PAA அமைப்பு அவற்றுள் மிக வேகமாக வளர்கிறது, MC/PAA நடுவில் உள்ளது, மற்றும் HEC/PAA மிகக் குறைவாக உள்ளது.

(2) HEC/PAA படலம் தயாரிப்பு செயல்முறை முழுவதும் நேரியல் வளர்ச்சி முறையைக் காட்டியது, மற்ற இரண்டு படலங்களான MC/PAA மற்றும் HPC/PAA ஆகியவை முதல் சில சுழற்சிகளில் அதிவேக வளர்ச்சியைக் காட்டி, பின்னர் நேரியல் வளர்ச்சி முறையாக மாறின.

(3) CE/PAA படலத்தின் வளர்ச்சி கரைசலின் pH-ஐப் பொறுத்து வலுவாக அமைகிறது. கரைசலின் pH அதன் மாறுநிலைப் புள்ளியை விட அதிகமாக இருக்கும்போது, ​​PAA மற்றும் CE ஒரு படலமாக ஒன்றிணைய முடியாது. ஒன்றிணைக்கப்பட்ட CE/PAA சவ்வு அதிக pH கரைசல்களில் கரையக்கூடியதாக இருந்தது.

(4) CE/PAA படலத்தில் OH மற்றும் COOH அதிகமாக இருப்பதால், வெப்ப சிகிச்சை அதை குறுக்கு-இணைப்பு செய்கிறது. குறுக்கு-இணைக்கப்பட்ட CE/PAA சவ்வு நல்ல நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் அதிக pH கரைசல்களில் கரையாதது.

(5) CE/PAA படலம் சுற்றுச்சூழலில் உள்ள நீரை உறிஞ்சும் நல்ல திறனைக் கொண்டுள்ளது.