සෙලියුලෝස් ඊතර්/පොලිඇක්‍රිලික් අම්ල හයිඩ්‍රජන් බන්ධන පටලය

පර්යේෂණ පසුබිම

ස්වභාවික, බහුල සහ පුනර්ජනනීය සම්පතක් ලෙස, සෙලියුලෝස් එහි දිය නොවන සහ සීමිත ද්‍රාව්‍යතා ගුණාංග හේතුවෙන් ප්‍රායෝගික යෙදුම්වල විශාල අභියෝගවලට මුහුණ දෙයි. සෙලියුලෝස් ව්‍යුහයේ ඇති ඉහළ ස්ඵටිකතාවය සහ අධි-ඝනත්ව හයිඩ්‍රජන් බන්ධන නිසා එය පිරිහීමට ලක්වන නමුත් සන්තකයේ ක්‍රියාවලියේදී දිය නොවන අතර ජලයේ සහ බොහෝ කාබනික ද්‍රාවකවල දිය නොවේ. ඒවායේ ව්‍යුත්පන්නයන් බහු අවයවික දාමයේ ඇති ඇන්හයිඩ්‍රොග්ලූකෝස් ඒකකවල හයිඩ්‍රොක්සයිල් කාණ්ඩවල එස්ටරීකරණය සහ ඊතර්කරණය මගින් නිපදවනු ලබන අතර ස්වාභාවික සෙලියුලෝස් හා සසඳන විට විවිධ ගුණාංග ප්‍රදර්ශනය කරනු ඇත. සෙලියුලෝස් වල ඊතරීකරණ ප්‍රතික්‍රියාව මගින් මෙතිල් සෙලියුලෝස් (MC), හයිඩ්‍රොක්සයිතයිල් සෙලියුලෝස් (HEC) සහ හයිඩ්‍රොක්සිප්‍රොපයිල් සෙලියුලෝස් (HPC) වැනි බොහෝ ජල-ද්‍රාව්‍ය සෙලියුලෝස් ඊතර් ජනනය කළ හැකිය, ඒවා ආහාර, රූපලාවන ද්‍රව්‍ය, ඖෂධ සහ වෛද්‍ය විද්‍යාවේ බහුලව භාවිතා වේ. ජල-ද්‍රාව්‍ය CE ට පොලිකාබොක්සිලික් අම්ල සහ පොලිෆෙනෝල් සමඟ හයිඩ්‍රජන් බන්ධිත බහුඅවයව සෑදිය හැක.

ස්ථරයෙන් ස්ථර එකලස් කිරීම (LBL) යනු පොලිමර් සංයුක්ත තුනී පටල සකස් කිරීම සඳහා ඵලදායී ක්රමයකි. පහත දැක්වෙන්නේ ප්‍රධාන වශයෙන් HEC, MC සහ HPC හි විවිධ CE තුනක LBL එකලස් කිරීම PAA සමඟ විස්තර කරයි, ඒවායේ එකලස් කිරීමේ හැසිරීම සංසන්දනය කරයි, සහ LBL එකලස් කිරීම මත ආදේශකවල බලපෑම විශ්ලේෂණය කරයි. චිත්‍රපට ඝනකම මත pH හි බලපෑම සහ චිත්‍රපට සෑදීම සහ ද්‍රාවණය මත pH හි විවිධ වෙනස්කම් විමර්ශනය කිරීම සහ CE/PAA හි ජල අවශෝෂණ ගුණාංග වර්ධනය කිරීම.

පර්යේෂණාත්මක ද්රව්ය:

Polyacrylic අම්ලය (PAA, Mw = 450,000). හයිඩ්‍රොක්සයිතයිල්සෙලියුලෝස් (HEC) හි 2wt.% ජලීය ද්‍රාවණයේ දුස්ස්රාවීතාවය 300 mPa·s වන අතර ආදේශන මට්ටම 2.5 කි. Methylcellulose (MC, 2wt.% ජලීය ද්‍රාවණය 400 mPa·s දුස්ස්‍රාවිතාවක් සහ 1.8 ක ආදේශක උපාධියක් සහිත). හයිඩ්‍රොක්සිප්‍රොපයිල් සෙලියුලෝස් (HPC, 2wt.% ජලීය ද්‍රාවණය 400 mPa·s දුස්ස්‍රාවීතාවය සහ 2.5 ආදේශන උපාධිය).

චිත්රපට සූදානම:

25 ° C දී සිලිකන් මත ද්රව ස්ඵටික ස්ථර එකලස් කිරීම මගින් සකස් කර ඇත. ස්ලයිඩ් අනුකෘතියේ ප්‍රතිකාර ක්‍රමය පහත පරිදි වේ: ආම්ලික ද්‍රාවණයක (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) විනාඩි 30ක් පොඟවා, පසුව pH අගය උදාසීන වන තෙක් කිහිප වතාවක් deionized ජලයෙන් සෝදා, අවසානයේ පිරිසිදු නයිට්‍රජන් සමඟ වියළා ගන්න. LBL එකලස් කිරීම ස්වයංක්‍රීය යන්ත්‍රෝපකරණ භාවිතයෙන් සිදු කෙරේ. උපස්ථරය විකල්ප වශයෙන් CE ද්‍රාවණය (0.2 mg/mL) සහ PAA ද්‍රාවණය (0.2 mg/mL) වල පොඟවා, සෑම ද්‍රාවණයක්ම විනාඩි 4ක් පොඟවා ඇත. ලිහිල්ව සවි කර ඇති බහු අවයවික ඉවත් කිරීම සඳහා එක් එක් ද්‍රාවණ පොඟවා ගැනීම අතර ඩීයෝනීකරණය කළ ජලයෙහි මිනිත්තු 1 බැගින් සේදුම් පොඟවා ගැනීම් තුනක් සිදු කරන ලදී. එකලස් කිරීමේ ද්‍රාවණයේ සහ සේදුම් ද්‍රාවණයේ pH අගයන් pH 2.0 ට සකස් කරන ලදී. සකස් කරන ලද චිත්‍රපට (CE/PAA)n ලෙස දක්වනු ලැබේ, එහිදී n එකලස් කිරීමේ චක්‍රය දක්වයි. (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 සහ (HPC/PAA)30 ප්‍රධාන වශයෙන් සකස් කරන ලදී.

චිත්රපට චරිත නිරූපණය:

NanoCalc-XR Ocean Optics සමඟ සාමාන්‍ය පරාවර්තන වර්ණාවලි වාර්තා කර විශ්ලේෂණය කරන ලද අතර සිලිකන් මත තැන්පත් වූ පටලවල ඝණකම මනිනු ලැබිණි. පසුබිම ලෙස හිස් සිලිකන් උපස්ථරයක් සහිතව, සිලිකන් උපස්ථරය මත ඇති තුනී පටලයේ FT-IR වර්ණාවලිය Nicolet 8700 අධෝරක්ත වර්ණාවලීක්ෂයක් මත එකතු කරන ලදී.

PAA සහ CE අතර හයිඩ්‍රජන් බන්ධන අන්තර්ක්‍රියා:

HEC, MC සහ HPC PAA සමඟ LBL චිත්‍රපටවලට එකලස් කිරීම. HEC/PAA, MC/PAA සහ HPC/PAA හි අධෝරක්ත වර්ණාවලිය රූපයේ දැක්වේ. PAA සහ CES හි ප්‍රබල IR සංඥා HEC/PAA, MC/PAA සහ HPC/PAA හි IR වර්ණාවලියේ පැහැදිලිව නිරීක්ෂණය කළ හැක. FT-IR වර්ණාවලීක්ෂය මගින් PAA සහ CES අතර ඇති හයිඩ්‍රජන් බන්ධන සංකීර්ණය ලාක්ෂණික අවශෝෂණ කලාපවල මාරුව නිරීක්ෂණය කිරීමෙන් විශ්ලේෂණය කළ හැක. CES සහ PAA අතර හයිඩ්‍රජන් බන්ධනය ප්‍රධාන වශයෙන් සිදු වන්නේ CES හි හයිඩ්‍රොක්සිල් ඔක්සිජන් සහ PAA හි COOH කාණ්ඩය අතරය. හයිඩ්‍රජන් බන්ධනය සෑදීමෙන් පසු, දිග හැරීමේ උච්ච රතු පැහැය අඩු සංඛ්‍යාත දිශාවට මාරු වේ.

පිරිසිදු PAA කුඩු සඳහා 1710 cm-1 උපරිමයක් නිරීක්ෂණය කරන ලදී. පොලිඇක්‍රිලමයිඩ් විවිධ CEs සහිත චිත්‍රපටවලට එකලස් කළ විට, HEC/PAA, MC/PAA සහ MPC/PAA චිත්‍රපටවල මුදුන් පිළිවෙළින් 1718 cm-1, 1720 cm-1 සහ 1724 cm-1 ලෙස ස්ථානගත විය. පිරිසිදු PAA කුඩු සමඟ සසඳන විට, HPC/PAA, MC/PAA සහ HEC/PAA චිත්‍රපටවල උපරිම දිග පිළිවෙලින් 14, 10 සහ 8 cm−1 මගින් මාරු විය. ඊතර් ඔක්සිජන් සහ COOH අතර හයිඩ්‍රජන් බන්ධනය COOH කාණ්ඩ අතර හයිඩ්‍රජන් බන්ධනයට බාධා කරයි. PAA සහ CE අතර වැඩි හයිඩ්‍රජන් බන්ධන සෑදෙන තරමට, IR වර්ණාවලියේ CE/PAA හි උපරිම මාරුව වැඩි වේ. HPC හි හයිඩ්‍රජන් බන්ධන සංකීර්ණයේ ඉහළම මට්ටම ඇත, PAA සහ MC මැදින් වන අතර HEC අඩුම වේ.

PAA සහ CEs හි සංයුක්ත චිත්‍රපටවල වර්ධන හැසිරීම:

LBL එකලස් කිරීමේදී PAA සහ CE වල චිත්‍රපට සෑදීමේ හැසිරීම QCM සහ වර්ණාවලි අන්තර්මිතිය භාවිතයෙන් විමර්ශනය කරන ලදී. QCM පළමු එකලස් කිරීමේ චක්‍ර කිහිපය තුළ ස්ථානීය චිත්‍රපට වර්ධනය නිරීක්ෂණය කිරීම සඳහා ඵලදායී වේ. චක්‍ර 10කට වඩා වැඩුණු චිත්‍රපට සඳහා වර්ණාවලි ඉන්ටර්ෆෙරෝමීටර සුදුසු වේ.

HEC/PAA චිත්‍රපටය LBL එකලස් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය පුරාම රේඛීය වර්ධනයක් පෙන්නුම් කළ අතර, MC/PAA සහ HPC/PAA චිත්‍රපට එකලස් කිරීමේ මුල් අදියරේදී ඝාතීය වර්ධනයක් පෙන්නුම් කර පසුව රේඛීය වර්ධනයක් බවට පරිවර්තනය විය. රේඛීය වර්ධන කලාපයේ, සංකීර්ණත්වයේ මට්ටම වැඩි වන තරමට, එකලස් කිරීමේ චක්‍රයට ඝනකම වර්ධනය වැඩි වේ.

චිත්‍රපට වර්ධනයට ද්‍රාවණ pH හි බලපෑම:

ද්‍රාවණයේ pH අගය හයිඩ්‍රජන් බන්ධිත පොලිමර් සංයුක්ත පටලයේ වර්ධනයට බලපායි. දුර්වල බහුවිද්‍යුත් විච්ඡේදකයක් ලෙස, ද්‍රාවණයේ pH අගය වැඩි වන විට PAA අයනීකරණය වී සෘණ ආරෝපණය වන අතර එමඟින් හයිඩ්‍රජන් බන්ධන ආශ්‍රය වළක්වයි. PAA හි අයනීකරණ මට්ටම යම් මට්ටමකට ළඟා වූ විට, PAA හට LBL හි හයිඩ්‍රජන් බන්ධන ප්‍රතිග්‍රාහක සහිත චිත්‍රපටයකට එකලස් කිරීමට නොහැකි විය.

ද්‍රාවණ pH අගය වැඩි වීමත් සමඟ චිත්‍රපට ඝණත්වය අඩු වූ අතර, pH2.5 HPC/PAA සහ pH3.0-3.5 HPC/PAA හි චිත්‍රපට ඝනකම හදිසියේ අඩු විය. HPC/PAA හි තීරණාත්මක ලක්ෂ්‍යය pH 3.5 පමණ වන අතර HEC/PAA හි 3.0 පමණ වේ. මෙයින් අදහස් කරන්නේ එකලස් කිරීමේ ද්‍රාවණයේ pH අගය 3.5 ට වඩා වැඩි වූ විට HPC/PAA පටලය සෑදිය නොහැකි අතර ද්‍රාවණයේ pH අගය 3.0 ට වඩා වැඩි වූ විට HEC/PAA පටලය සෑදිය නොහැකි බවයි. HPC/PAA පටලයේ හයිඩ්‍රජන් බන්ධන සංකීර්ණතාවයේ ඉහළ මට්ටම හේතුවෙන්, HPC/PAA පටලයේ තීරණාත්මක pH අගය HEC/PAA පටලයට වඩා වැඩිය. ලුණු රහිත ද්‍රාවණයේදී, HEC/PAA, MC/PAA සහ HPC/PAA මගින් සාදන ලද සංකීර්ණවල තීරණාත්මක pH අගයන් පිළිවෙලින් 2.9, 3.2 සහ 3.7 පමණ විය. HPC/PAA හි තීරණාත්මක pH අගය LBL පටලයට අනුරූප වන HEC/PAA වලට වඩා වැඩිය.

CE/ PAA පටලයේ ජල අවශෝෂණ කාර්ය සාධනය:

CES හයිඩ්‍රොක්සයිල් කාණ්ඩ වලින් පොහොසත් වන අතර එමඟින් එය හොඳ ජල අවශෝෂණය සහ ජලය රඳවා තබා ගනී. HEC/PAA පටලය උදාහරණයක් ලෙස ගෙන පරිසරයේ ඇති ජලයට හයිඩ්‍රජන් බන්ධිත CE/PAA පටලයේ අවශෝෂණ ධාරිතාව අධ්‍යයනය කරන ලදී. වර්ණාවලි අන්තර්මිතිය මගින් සංලක්ෂිත, චිත්රපටය ජලය අවශෝෂණය කරන විට චිත්රපටය ඝනකම වැඩි වේ. ජල අවශෝෂණ සමතුලිතතාවය ලබා ගැනීම සඳහා එය පැය 24 ක් සඳහා 25 ° C දී වෙනස් කළ හැකි ආර්ද්රතාවය සහිත පරිසරයක තබා ඇත. චිත්‍රපට තෙතමනය සම්පූර්ණයෙන්ම ඉවත් කිරීම සඳහා රික්ත උඳුනක (40 ° C) පැය 24 ක් වියළනු ලැබේ.

ආර්ද්රතාවය වැඩි වන විට, චිත්රපටය ඝන වේ. 30%-50% අඩු ආර්ද්රතාවය ප්රදේශයේ, ඝනකම වර්ධනය සාපේක්ෂව මන්දගාමී වේ. ආර්ද්රතාවය 50% ඉක්මවන විට ඝනකම වේගයෙන් වර්ධනය වේ. හයිඩ්‍රජන් බන්ධිත PVPON/PAA පටලය හා සසඳන විට HEC/PAA පටලයට පරිසරයෙන් වැඩි ජලය අවශෝෂණය කරගත හැක. 70% (25°C) සාපේක්ෂ ආර්ද්‍රතාවයේ කොන්දේසිය යටතේ, PVPON/PAA පටලයේ ඝණීකරණ පරාසය 4%ක් පමණ වන අතර HEC/PAA පටලයේ 18%ක් තරම් ඉහළ අගයක් ගනී. HEC/PAA පද්ධතියේ OH කාණ්ඩ යම් ප්‍රමාණයක් හයිඩ්‍රජන් බන්ධන සෑදීමට සහභාගී වුවද, පරිසරයේ ජලය සමඟ අන්තර් ක්‍රියා කරන OH කාණ්ඩ සැලකිය යුතු ප්‍රමාණයක් තවමත් පවතින බව ප්‍රතිඵල පෙන්නුම් කළේය. එබැවින්, HEC/PAA පද්ධතියට හොඳ ජල අවශෝෂණ ගුණ ඇත.

අවසන් තීරණයේ දී

(1) CE සහ PAA හි ඉහළම හයිඩ්‍රජන් බන්ධන උපාධියක් සහිත HPC/PAA පද්ධතිය ඒවා අතර වේගවත්ම වර්ධනයක් ඇත, MC/PAA මධ්‍යයේ වන අතර HEC/PAA අඩුම වේ.

(2) HEC/PAA චිත්‍රපටය සකස් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය පුරාම රේඛීය වර්ධන මාදිලියක් පෙන්නුම් කළ අතර අනෙක් චිත්‍රපට දෙක MC/PAA සහ HPC/PAA පළමු චක්‍ර කිහිපය තුළ ඝාතීය වර්ධනයක් පෙන්නුම් කළ අතර පසුව රේඛීය වර්ධන මාදිලියක් බවට පරිවර්තනය විය.

(3) CE/PAA චිත්‍රපටයේ වර්ධනය pH විසඳුම මත දැඩි ලෙස රඳා පවතී. ද්‍රාවණය pH අගය එහි තීරණාත්මක ලක්ෂ්‍යයට වඩා වැඩි වූ විට, PAA සහ CE චිත්‍රපටයකට එකතු විය නොහැක. එකලස් කරන ලද CE/PAA පටලය ඉහළ pH ද්‍රාවණවල ද්‍රාව්‍ය විය.

(4) CE/PAA පටලය OH සහ COOH වලින් පොහොසත් බැවින්, තාප පිරියම් කිරීම එය හරස් සම්බන්ධ කරයි. හරස්-සම්බන්ධිත CE/PAA පටලය හොඳ ස්ථායීතාවයක් ඇති අතර ඉහළ pH විසඳුම්වල දිය නොවේ.

(5) CE/PAA පටලයට පරිසරයේ ජලය සඳහා හොඳ අවශෝෂණ හැකියාවක් ඇත.