সেলুলোজ ইথার/পলিঅ্যাক্রিলিক অ্যাসিড হাইড্রোজেন বন্ধন ফিল্ম

গবেষণার পটভূমি

একটি প্রাকৃতিক, প্রচুর এবং পুনর্নবীকরণযোগ্য সম্পদ হিসাবে, সেলুলোজ তার অ-গলিত এবং সীমিত দ্রবণীয়তার বৈশিষ্ট্যের কারণে ব্যবহারিক প্রয়োগে বড় চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হয়। সেলুলোজ গঠনে উচ্চ স্ফটিকতা এবং উচ্চ-ঘনত্বের হাইড্রোজেন বন্ড এটিকে ক্ষয় করে তবে দখল প্রক্রিয়ার সময় গলে যায় না এবং জল এবং বেশিরভাগ জৈব দ্রাবকগুলিতে অদ্রবণীয়। তাদের ডেরিভেটিভগুলি পলিমার চেইনের অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ ইউনিটগুলিতে হাইড্রক্সিল গ্রুপগুলির ইস্টারিফিকেশন এবং ইথারিফিকেশন দ্বারা উত্পাদিত হয় এবং প্রাকৃতিক সেলুলোজের তুলনায় কিছু ভিন্ন বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করবে। সেলুলোজের ইথারিফিকেশন প্রতিক্রিয়া অনেক জল-দ্রবণীয় সেলুলোজ ইথার তৈরি করতে পারে, যেমন মিথাইল সেলুলোজ (MC), হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ (HEC) এবং হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল সেলুলোজ (HPC), যা খাদ্য, প্রসাধনী, ওষুধ এবং ওষুধে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। জল-দ্রবণীয় সিই পলিকারবক্সিলিক অ্যাসিড এবং পলিফেনল সহ হাইড্রোজেন-বন্ধনযুক্ত পলিমার গঠন করতে পারে।

লেয়ার-বাই-লেয়ার অ্যাসেম্বলি (LBL) পলিমার কম্পোজিট পাতলা ফিল্ম প্রস্তুত করার জন্য একটি কার্যকর পদ্ধতি। নিম্নলিখিতটি প্রধানত PAA এর সাথে HEC, MC এবং HPC-এর তিনটি ভিন্ন সিই-এর LBL সমাবেশকে বর্ণনা করে, তাদের সমাবেশ আচরণের তুলনা করে এবং LBL সমাবেশে বিকল্পগুলির প্রভাব বিশ্লেষণ করে। ফিল্মের পুরুত্বের উপর pH এর প্রভাব, এবং ফিল্ম গঠন এবং দ্রবীভূতকরণের উপর pH এর বিভিন্ন পার্থক্য অনুসন্ধান করুন এবং CE/PAA-এর জল শোষণের বৈশিষ্ট্যগুলি বিকাশ করুন।

পরীক্ষামূলক উপকরণ:

পলিঅ্যাক্রিলিক অ্যাসিড (PAA, Mw = 450,000)। হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ (HEC) এর 2wt.% জলীয় দ্রবণের সান্দ্রতা হল 300 mPa·s, এবং প্রতিস্থাপনের মাত্রা হল 2.5। মিথাইলসেলুলোজ (MC, একটি 2wt.% জলীয় দ্রবণ যার সান্দ্রতা 400 mPa·s এবং একটি ডিগ্রী প্রতিস্থাপন 1.8)। হাইড্রক্সিপ্রোপাইল সেলুলোজ (HPC, একটি 2wt.% জলীয় দ্রবণ যার সান্দ্রতা 400 mPa·s এবং 2.5 এর প্রতিস্থাপনের ডিগ্রী)।

চলচ্চিত্র প্রস্তুতি:

25°C তাপমাত্রায় সিলিকনে তরল স্ফটিক স্তর সমাবেশ দ্বারা প্রস্তুত। স্লাইড ম্যাট্রিক্সের চিকিত্সা পদ্ধতিটি নিম্নরূপ: অম্লীয় দ্রবণে (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) 30 মিনিটের জন্য ভিজিয়ে রাখুন, তারপর পিএইচ নিরপেক্ষ না হওয়া পর্যন্ত ডিওনাইজড জল দিয়ে কয়েকবার ধুয়ে ফেলুন এবং অবশেষে বিশুদ্ধ নাইট্রোজেন দিয়ে শুকিয়ে নিন। LBL সমাবেশ স্বয়ংক্রিয় যন্ত্রপাতি ব্যবহার করে সঞ্চালিত হয়. সাবস্ট্রেটটি পর্যায়ক্রমে সিই দ্রবণ (0.2 মিলিগ্রাম/এমএল) এবং পিএএ দ্রবণে (0.2 মিলিগ্রাম/এমএল) ভিজিয়ে রাখা হয়েছিল, প্রতিটি দ্রবণ 4 মিনিটের জন্য ভিজিয়ে রাখা হয়েছিল। ঢিলেঢালাভাবে সংযুক্ত পলিমার অপসারণের জন্য প্রতিটি দ্রবণের মধ্যে ডিওনাইজড জলে 1 মিনিটের তিনটি করে ধুয়ে ফেলা হয়েছিল। সমাবেশ দ্রবণের pH মান এবং rinsing সমাধান উভয় pH 2.0 এ সামঞ্জস্য করা হয়েছিল। প্রস্তুতকৃত ফিল্মগুলিকে (CE/PAA)n হিসাবে চিহ্নিত করা হয়, যেখানে n সমাবেশ চক্রকে নির্দেশ করে। (HEC/PAA)40, (MC/PAA)30 এবং (HPC/PAA)30 প্রধানত প্রস্তুত করা হয়েছিল।

চলচ্চিত্রের চরিত্রায়ন:

NanoCalc-XR ওশান অপটিক্সের সাথে কাছাকাছি-স্বাভাবিক প্রতিফলন বর্ণালী রেকর্ড করা হয়েছিল এবং বিশ্লেষণ করা হয়েছিল এবং সিলিকনে জমা হওয়া ফিল্মগুলির বেধ পরিমাপ করা হয়েছিল। পটভূমি হিসাবে একটি ফাঁকা সিলিকন স্তর সহ, সিলিকন স্তরের পাতলা ফিল্মের FT-IR বর্ণালী একটি Nicolet 8700 ইনফ্রারেড স্পেকট্রোমিটারে সংগ্রহ করা হয়েছিল।

PAA এবং CE এর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ড মিথস্ক্রিয়া:

LBL ফিল্মে PAA সহ HEC, MC এবং HPC এর সমাবেশ। HEC/PAA, MC/PAA এবং HPC/PAA-এর ইনফ্রারেড স্পেকট্রা চিত্রে দেখানো হয়েছে। HEC/PAA, MC/PAA এবং HPC/PAA-এর IR স্পেকট্রাতে PAA এবং CES-এর শক্তিশালী IR সংকেত স্পষ্টভাবে লক্ষ্য করা যায়। FT-IR স্পেকট্রোস্কোপি PAA এবং CES এর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ড জটিলতা বিশ্লেষণ করতে পারে চরিত্রগত শোষণ ব্যান্ডের স্থানান্তর পর্যবেক্ষণ করে। CES এবং PAA-এর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন প্রধানত CES-এর হাইড্রক্সিল অক্সিজেন এবং PAA-এর COOH গ্রুপের মধ্যে ঘটে। হাইড্রোজেন বন্ধন তৈরি হওয়ার পর, প্রসারিত শিখর লাল কম কম্পাঙ্কের দিকে চলে যায়।

বিশুদ্ধ PAA পাউডারের জন্য 1710 সেমি -1 এর শিখর পরিলক্ষিত হয়েছিল। যখন পলিঅ্যাক্রিলামাইড বিভিন্ন সিই সহ ফিল্মগুলিতে একত্রিত হয়েছিল, তখন HEC/PAA, MC/PAA এবং MPC/PAA ফিল্মের শিখরগুলি যথাক্রমে 1718 cm-1, 1720 cm-1 এবং 1724 cm-1 এ অবস্থিত ছিল। বিশুদ্ধ PAA পাউডারের সাথে তুলনা করে, HPC/PAA, MC/PAA এবং HEC/PAA ফিল্মের সর্বোচ্চ দৈর্ঘ্য যথাক্রমে 14, 10 এবং 8 cm−1 দ্বারা স্থানান্তরিত হয়েছে। ইথার অক্সিজেন এবং COOH এর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন COOH গ্রুপগুলির মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধনকে বাধা দেয়। PAA এবং CE এর মধ্যে যত বেশি হাইড্রোজেন বন্ধন তৈরি হবে, IR স্পেকট্রাতে CE/PAA-এর পিক শিফট তত বেশি হবে। HPC হাইড্রোজেন বন্ড জটিলতার সর্বোচ্চ ডিগ্রী আছে, PAA এবং MC মাঝখানে এবং HEC সর্বনিম্ন।

PAA এবং CE এর যৌগিক চলচ্চিত্রগুলির বৃদ্ধির আচরণ:

LBL সমাবেশের সময় PAA এবং CE-এর ফিল্ম-গঠনের আচরণ QCM এবং বর্ণালী ইন্টারফেরোমেট্রি ব্যবহার করে তদন্ত করা হয়েছিল। QCM প্রথম কয়েকটি সমাবেশ চক্রের সময় ফিল্ম বৃদ্ধি পর্যবেক্ষণের জন্য কার্যকর। স্পেকট্রাল ইন্টারফেরোমিটারগুলি 10 চক্রের উপরে উত্থিত ছায়াছবির জন্য উপযুক্ত।

HEC/PAA ফিল্ম LBL সমাবেশ প্রক্রিয়া জুড়ে একটি রৈখিক বৃদ্ধি দেখায়, যখন MC/PAA এবং HPC/PAA ফিল্মগুলি সমাবেশের প্রাথমিক পর্যায়ে একটি সূচকীয় বৃদ্ধি দেখায় এবং তারপরে একটি রৈখিক বৃদ্ধিতে রূপান্তরিত হয়। রৈখিক বৃদ্ধির অঞ্চলে, জটিলতার মাত্রা যত বেশি হবে, প্রতি সমাবেশ চক্রে বেধের বৃদ্ধি তত বেশি হবে।

ফিল্ম বৃদ্ধির উপর সমাধান pH এর প্রভাব:

দ্রবণের pH মান হাইড্রোজেন বন্ডেড পলিমার কম্পোজিট ফিল্মের বৃদ্ধিকে প্রভাবিত করে। একটি দুর্বল পলিইলেক্ট্রোলাইট হিসাবে, PAA আয়নিত হবে এবং দ্রবণের pH বৃদ্ধির সাথে সাথে নেতিবাচকভাবে চার্জ করা হবে, যার ফলে হাইড্রোজেন বন্ড অ্যাসোসিয়েশনকে বাধা দেবে। যখন PAA এর ionization ডিগ্রী একটি নির্দিষ্ট স্তরে পৌঁছেছে, PAA LBL-এ হাইড্রোজেন বন্ড গ্রহণকারীদের সাথে একটি ফিল্মে একত্রিত হতে পারেনি।

দ্রবণ pH বৃদ্ধির সাথে ফিল্মের পুরুত্ব হ্রাস পায় এবং pH2.5 HPC/PAA এবং pH3.0-3.5 HPC/PAA তে ফিল্মের পুরুত্ব হঠাৎ কমে যায়। HPC/PAA-এর ক্রিটিকাল পয়েন্ট হল প্রায় pH 3.5, আর HEC/PAA-এর হল প্রায় 3.0৷ এর মানে হল যখন অ্যাসেম্বলি দ্রবণের pH 3.5-এর বেশি হয়, তখন HPC/PAA ফিল্ম গঠিত হতে পারে না, এবং যখন দ্রবণের pH 3.0-এর বেশি হয়, তখন HEC/PAA ফিল্ম গঠিত হতে পারে না। HPC/PAA ঝিল্লির হাইড্রোজেন বন্ড জটিলতার উচ্চতর ডিগ্রির কারণে, HPC/PAA ঝিল্লির গুরুত্বপূর্ণ pH মান HEC/PAA ঝিল্লির চেয়ে বেশি। লবণ-মুক্ত দ্রবণে, HEC/PAA, MC/PAA এবং HPC/PAA দ্বারা গঠিত কমপ্লেক্সের সমালোচনামূলক pH মান যথাক্রমে প্রায় 2.9, 3.2 এবং 3.7 ছিল। HPC/PAA-এর সমালোচনামূলক pH HEC/PAA-এর চেয়ে বেশি, যা LBL মেমব্রেনের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।

সিই/পিএএ ঝিল্লির জল শোষণ কর্মক্ষমতা:

সিইএস হাইড্রোক্সিল গ্রুপে সমৃদ্ধ যাতে এটি ভাল জল শোষণ এবং জল ধরে রাখে। উদাহরণ হিসাবে এইচইসি/পিএএ ঝিল্লি গ্রহণ করে, পরিবেশে জলে হাইড্রোজেন-বন্ডেড সিই/পিএএ ঝিল্লির শোষণ ক্ষমতা অধ্যয়ন করা হয়েছিল। বর্ণালী ইন্টারফেরোমেট্রি দ্বারা বৈশিষ্ট্যযুক্ত, ফিল্মটি জল শোষণ করার সাথে সাথে ফিল্মের বেধ বৃদ্ধি পায়। জল শোষণের ভারসাম্য অর্জনের জন্য এটিকে 24 ঘন্টার জন্য 25 ডিগ্রি সেলসিয়াসে সামঞ্জস্যযোগ্য আর্দ্রতা সহ পরিবেশে স্থাপন করা হয়েছিল। ফিল্মগুলি সম্পূর্ণরূপে আর্দ্রতা অপসারণের জন্য 24 ঘন্টার জন্য একটি ভ্যাকুয়াম ওভেনে (40 ডিগ্রি সেলসিয়াস) শুকানো হয়েছিল।

আর্দ্রতা বাড়ার সাথে সাথে ফিল্মটি ঘন হয়। 30%-50% কম আর্দ্রতার এলাকায়, পুরুত্বের বৃদ্ধি তুলনামূলকভাবে ধীর হয়। আর্দ্রতা 50% অতিক্রম করলে, বেধ দ্রুত বৃদ্ধি পায়। হাইড্রোজেন-বন্ডেড PVPON/PAA ঝিল্লির সাথে তুলনা করে, HEC/PAA ঝিল্লি পরিবেশ থেকে আরও বেশি জল শোষণ করতে পারে। 70% (25°C) আপেক্ষিক আর্দ্রতার শর্তে, PVPON/PAA ফিল্মের ঘনত্বের পরিসীমা প্রায় 4%, যখন HEC/PAA ফিল্মের উচ্চতা প্রায় 18%। ফলাফলগুলি দেখায় যে যদিও এইচইসি/পিএএ সিস্টেমে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ ওএইচ গ্রুপ হাইড্রোজেন বন্ড গঠনে অংশ নিয়েছিল, তবুও পরিবেশে জলের সাথে মিথস্ক্রিয়াকারী যথেষ্ট সংখ্যক ওএইচ গ্রুপ ছিল। অতএব, HEC/PAA সিস্টেমের ভাল জল শোষণ বৈশিষ্ট্য আছে।

উপসংহারে

(1) CE এবং PAA-এর সর্বোচ্চ হাইড্রোজেন বন্ডিং ডিগ্রী সহ HPC/PAA সিস্টেম তাদের মধ্যে দ্রুততম বৃদ্ধি পেয়েছে, MC/PAA মাঝখানে এবং HEC/PAA সর্বনিম্ন।

(2) এইচইসি/পিএএ ফিল্মটি পুরো প্রস্তুতি প্রক্রিয়া জুড়ে একটি রৈখিক বৃদ্ধির মোড দেখিয়েছে, যখন অন্য দুটি ফিল্ম এমসি/পিএএ এবং এইচপিসি/পিএএ প্রথম কয়েকটি চক্রে একটি সূচকীয় বৃদ্ধি দেখিয়েছে, এবং তারপরে একটি রৈখিক বৃদ্ধি মোডে রূপান্তরিত হয়েছে।

(3) CE/PAA ফিল্মের বৃদ্ধির pH সমাধানের উপর একটি শক্তিশালী নির্ভরশীলতা রয়েছে। যখন সমাধান pH তার সমালোচনামূলক বিন্দু থেকে বেশি হয়, তখন PAA এবং CE একটি ফিল্মে একত্রিত হতে পারে না। একত্রিত সিই/পিএএ ঝিল্লি উচ্চ পিএইচ দ্রবণে দ্রবণীয় ছিল।

(4) যেহেতু CE/PAA ফিল্মটি OH এবং COOH সমৃদ্ধ, তাই তাপ চিকিত্সা এটিকে ক্রস-লিঙ্ক করে তোলে। ক্রস-লিঙ্কযুক্ত CE/PAA ঝিল্লির ভাল স্থায়িত্ব রয়েছে এবং উচ্চ pH সমাধানগুলিতে অদ্রবণীয়।

(5) CE/PAA ফিল্মের পরিবেশে জলের জন্য ভাল শোষণ ক্ষমতা রয়েছে।