سیلولوز ایتھر/پولی ایکریلک ایسڈ ہائیڈروجن بانڈنگ فلم

تحقیقی پس منظر

ایک قدرتی، وافر اور قابل تجدید وسیلہ کے طور پر، سیلولوز کو اپنی غیر پگھلنے اور محدود حل پذیری کی خصوصیات کی وجہ سے عملی استعمال میں بڑے چیلنجز کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ سیلولوز کے ڈھانچے میں اعلی کرسٹلینٹی اور ہائی کثافت ہائیڈروجن بانڈز اسے گرا دیتے ہیں لیکن قبضے کے عمل کے دوران پگھلتے نہیں، اور پانی اور زیادہ تر نامیاتی سالوینٹس میں حل نہیں ہوتے۔ ان کے مشتقات پولیمر چین میں اینہائیڈروگلوکوز اکائیوں پر ہائیڈروکسیل گروپس کے ایسٹریفیکیشن اور ایتھریفیکیشن سے تیار ہوتے ہیں، اور قدرتی سیلولوز کے مقابلے میں کچھ مختلف خصوصیات کی نمائش کریں گے۔ سیلولوز کا ایتھریفیکیشن ری ایکشن بہت سے پانی میں گھلنشیل سیلولوز ایتھرز پیدا کر سکتا ہے، جیسے میتھائل سیلولوز (MC)، ہائیڈروکسی ایتھائل سیلولوز (HEC) اور ہائیڈروکسی پروپیل سیلولوز (HPC)، جو کھانے، کاسمیٹکس، دواسازی اور ادویات میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ پانی میں گھلنشیل سی ای پولی کاربو آکسیلک ایسڈز اور پولی فینولز کے ساتھ ہائیڈروجن بانڈڈ پولیمر بنا سکتا ہے۔

پرت بہ پرت اسمبلی (LBL) پولیمر کمپوزٹ پتلی فلموں کی تیاری کا ایک مؤثر طریقہ ہے۔ مندرجہ ذیل بنیادی طور پر HEC، MC اور HPC کے تین مختلف CEs کی LBL اسمبلی کو PAA کے ساتھ بیان کرتا ہے، ان کے اسمبلی رویے کا موازنہ کرتا ہے، اور LBL اسمبلی پر متبادل کے اثر و رسوخ کا تجزیہ کرتا ہے۔ فلم کی موٹائی پر پی ایچ کے اثر، اور فلم کی تشکیل اور تحلیل پر پی ایچ کے مختلف فرقوں کی تحقیقات کریں، اور CE/PAA کی پانی جذب کرنے والی خصوصیات کو تیار کریں۔

تجرباتی مواد:

پولی ایکریلک ایسڈ (PAA، Mw = 450,000)۔ ہائیڈروکسیتھیل سیلولوز (HEC) کے 2wt.% آبی محلول کی viscosity 300 mPa·s ہے، اور متبادل کی ڈگری 2.5 ہے۔ میتھیل سیلولوز (MC، 2wt.% آبی محلول جس کی viscosity 400 mPa·s اور 1.8 کے متبادل کی ڈگری ہے)۔ ہائیڈروکسی پروپیل سیلولوز (HPC، ایک 2wt.% آبی محلول جس کی viscosity 400 mPa·s اور 2.5 کے متبادل کی ڈگری ہے)۔

فلم کی تیاری:

25 ° C پر سلکان پر مائع کرسٹل لیئر اسمبلی کے ذریعہ تیار کیا گیا ہے۔ سلائیڈ میٹرکس کے علاج کا طریقہ کچھ یوں ہے: تیزابیت والے محلول (H2SO4/H2O2, 7/3Vol/VOL) میں 30 منٹ تک بھگو دیں، پھر deionized پانی سے کئی بار دھوئیں یہاں تک کہ pH غیر جانبدار ہو جائے، اور آخر میں خالص نائٹروجن سے خشک ہو جائیں۔ ایل بی ایل اسمبلی خودکار مشینری کا استعمال کرتے ہوئے کی جاتی ہے۔ سبسٹریٹ کو باری باری CE محلول (0.2 mg/mL) اور PAA محلول (0.2 mg/mL) میں بھگو دیا گیا تھا، ہر محلول کو 4 منٹ تک بھگو دیا گیا تھا۔ ڈھیلے جڑے ہوئے پولیمر کو ہٹانے کے لئے ہر ایک حل کے درمیان ڈیونائزڈ پانی میں 1 منٹ کے تین کللا بھگوئے گئے تھے۔ اسمبلی محلول کی pH قدریں اور کلی کے حل دونوں کو pH 2.0 میں ایڈجسٹ کیا گیا تھا۔ جیسا کہ تیار شدہ فلموں کو (CE/PAA) n کے طور پر ظاہر کیا جاتا ہے، جہاں n اسمبلی سائیکل کو ظاہر کرتا ہے۔ (HEC/PAA)40، (MC/PAA)30 اور (HPC/PAA)30 بنیادی طور پر تیار کیے گئے تھے۔

فلم کی خصوصیات:

NanoCalc-XR Ocean Optics کے ساتھ قریب معمول کی عکاسی کرنے والے سپیکٹرا کو ریکارڈ کیا گیا اور تجزیہ کیا گیا، اور سلکان پر جمع فلموں کی موٹائی کی پیمائش کی گئی۔ پس منظر کے طور پر خالی سلکان سبسٹریٹ کے ساتھ، سلکان سبسٹریٹ پر پتلی فلم کے FT-IR سپیکٹرم کو نیکلیٹ 8700 انفراریڈ سپیکٹرومیٹر پر جمع کیا گیا تھا۔

PAA اور CEs کے درمیان ہائیڈروجن بانڈ کا تعامل:

LBL فلموں میں PAA کے ساتھ HEC، MC اور HPC کی اسمبلی۔ HEC/PAA، MC/PAA اور HPC/PAA کا انفراریڈ سپیکٹرا تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ PAA اور CES کے مضبوط IR سگنلز HEC/PAA، MC/PAA اور HPC/PAA کے IR سپیکٹرا میں واضح طور پر دیکھے جا سکتے ہیں۔ FT-IR سپیکٹروسکوپی خصوصیت کے جذب بینڈ کی تبدیلی کی نگرانی کرکے PAA اور CES کے درمیان ہائیڈروجن بانڈ کی پیچیدگی کا تجزیہ کر سکتی ہے۔ CES اور PAA کے درمیان ہائیڈروجن بانڈنگ بنیادی طور پر CES کی ہائیڈروکسیل آکسیجن اور PAA کے COOH گروپ کے درمیان ہوتی ہے۔ ہائیڈروجن بانڈ بننے کے بعد، اسٹریچنگ چوٹی ریڈ کم فریکوئنسی سمت میں منتقل ہو جاتی ہے۔

خالص PAA پاؤڈر کے لیے 1710 cm-1 کی چوٹی دیکھی گئی۔ جب پولی کریلامائڈ کو مختلف سی ای کے ساتھ فلموں میں جمع کیا گیا تو، HEC/PAA، MC/PAA اور MPC/PAA فلموں کی چوٹییں بالترتیب 1718 cm-1، 1720 cm-1 اور 1724 cm-1 پر واقع تھیں۔ خالص PAA پاؤڈر کے مقابلے میں، HPC/PAA، MC/PAA اور HEC/PAA فلموں کی چوٹی کی لمبائی بالترتیب 14، 10 اور 8 cm−1 تک منتقل ہوئی۔ ایتھر آکسیجن اور COOH کے درمیان ہائیڈروجن بانڈ COOH گروپوں کے درمیان ہائیڈروجن بانڈ کو روکتا ہے۔ PAA اور CE کے درمیان جتنے زیادہ ہائیڈروجن بانڈز بنتے ہیں، IR سپیکٹرا میں CE/PAA کی چوٹی کی شفٹ اتنی ہی زیادہ ہوتی ہے۔ HPC میں ہائیڈروجن بانڈ کی پیچیدگی سب سے زیادہ ہے، PAA اور MC درمیان میں ہیں، اور HEC سب سے کم ہے۔

PAA اور CEs کی جامع فلموں کی ترقی کا برتاؤ:

ایل بی ایل اسمبلی کے دوران پی اے اے اور سی ای کے فلم سازی کے طرز عمل کی جانچ کیو سی ایم اور سپیکٹرل انٹرفیومیٹری کا استعمال کرتے ہوئے کی گئی۔ QCM پہلے چند اسمبلی سائیکلوں کے دوران فلم کی نشوونما پر نظر رکھنے کے لیے موثر ہے۔ سپیکٹرل انٹرفیرومیٹر 10 سائیکلوں میں اگنے والی فلموں کے لیے موزوں ہیں۔

HEC/PAA فلم نے LBL اسمبلی کے پورے عمل میں ایک لکیری نمو دکھائی، جبکہ MC/PAA اور HPC/PAA فلموں نے اسمبلی کے ابتدائی مراحل میں تیزی سے نمو دکھائی اور پھر ایک لکیری نمو میں تبدیل ہو گئی۔ لکیری نمو والے خطے میں، پیچیدگی کی ڈگری جتنی زیادہ ہوگی، فی اسمبلی سائیکل میں موٹائی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔

فلم کی نشوونما پر حل پی ایچ کا اثر:

محلول کی pH قدر ہائیڈروجن بانڈڈ پولیمر کمپوزٹ فلم کی نمو کو متاثر کرتی ہے۔ ایک کمزور پولی الیکٹرولائٹ کے طور پر، پی اے اے کو آئنائز کیا جائے گا اور محلول کا پی ایچ بڑھنے پر منفی چارج کیا جائے گا، اس طرح ہائیڈروجن بانڈ ایسوسی ایشن کو روکے گا۔ جب PAA کی ionization کی ڈگری ایک خاص سطح تک پہنچ گئی، PAA LBL میں ہائیڈروجن بانڈ قبول کرنے والوں کے ساتھ فلم میں جمع نہیں ہو سکا۔

فلم کی موٹائی میں حل پی ایچ کے اضافے کے ساتھ کمی واقع ہوئی، اور فلم کی موٹائی pH2.5 HPC/PAA اور pH3.0-3.5 HPC/PAA پر اچانک کم ہوگئی۔ HPC/PAA کا اہم نقطہ پی ایچ 3.5 کے بارے میں ہے، جبکہ HEC/PAA کا تقریباً 3.0 ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ جب اسمبلی سلوشن کا pH 3.5 سے زیادہ ہو تو HPC/PAA فلم نہیں بن سکتی، اور جب محلول کا pH 3.0 سے زیادہ ہو تو HEC/PAA فلم نہیں بن سکتی۔ HPC/PAA جھلی کے ہائیڈروجن بانڈ پیچیدگی کی اعلی ڈگری کی وجہ سے، HPC/PAA جھلی کی اہم pH قدر HEC/PAA جھلی سے زیادہ ہے۔ نمک سے پاک حل میں، HEC/PAA، MC/PAA اور HPC/PAA کی طرف سے تشکیل کردہ کمپلیکس کی اہم pH قدریں بالترتیب تقریباً 2.9، 3.2 اور 3.7 تھیں۔ HPC/PAA کا اہم pH HEC/PAA سے زیادہ ہے، جو LBL جھلی کے مطابق ہے۔

CE/PAA جھلی کی پانی جذب کرنے کی کارکردگی:

سی ای ایس ہائیڈروکسیل گروپس سے بھرپور ہے تاکہ اس میں پانی جذب اور پانی برقرار رہے۔ HEC/PAA جھلی کو مثال کے طور پر لیتے ہوئے، ماحول میں پانی میں ہائیڈروجن بانڈڈ CE/PAA جھلی کی جذب کرنے کی صلاحیت کا مطالعہ کیا گیا۔ سپیکٹرل انٹرفیومیٹری کی خصوصیت، فلم کی موٹائی بڑھ جاتی ہے کیونکہ فلم پانی کو جذب کرتی ہے۔ پانی کو جذب کرنے کے توازن کو حاصل کرنے کے لیے اسے 24 گھنٹے کے لیے 25 ° C پر ایڈجسٹ نمی والے ماحول میں رکھا گیا تھا۔ فلموں کو ویکیوم اوون (40 ° C) میں 24 گھنٹے تک خشک کیا گیا تاکہ نمی کو مکمل طور پر ختم کیا جا سکے۔

جیسے جیسے نمی بڑھتی ہے، فلم گاڑھی ہوجاتی ہے۔ 30%-50% کی کم نمی والے علاقے میں، موٹائی کی ترقی نسبتاً سست ہے۔ جب نمی 50% سے زیادہ ہو جائے تو موٹائی تیزی سے بڑھتی ہے۔ ہائیڈروجن بانڈڈ PVPON/PAA جھلی کے مقابلے میں، HEC/PAA جھلی ماحول سے زیادہ پانی جذب کر سکتی ہے۔ 70% (25°C) کی نسبتہ نمی کی حالت میں، PVPON/PAA فلم کی گاڑھی ہونے کی حد تقریباً 4% ہے، جب کہ HEC/PAA فلم کی حد تقریباً 18% ہے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ اگرچہ HEC/PAA سسٹم میں OH گروپس کی ایک خاص مقدار نے ہائیڈروجن بانڈز کی تشکیل میں حصہ لیا، پھر بھی ماحول میں پانی کے ساتھ تعامل کرنے والے OH گروپوں کی کافی تعداد موجود تھی۔ لہذا، HEC/PAA سسٹم میں پانی جذب کرنے کی اچھی خصوصیات ہیں۔

آخر میں

(1) CE اور PAA کی ہائیڈروجن بانڈنگ ڈگری کے ساتھ HPC/PAA سسٹم ان میں سب سے تیزی سے ترقی کرتا ہے، MC/PAA درمیان میں ہے، اور HEC/PAA سب سے کم ہے۔

(2) HEC/PAA فلم نے تیاری کے پورے عمل کے دوران ایک لکیری نمو کا موڈ دکھایا، جبکہ دیگر دو فلموں MC/PAA اور HPC/PAA نے پہلے چند چکروں میں تیزی سے نمو دکھائی، اور پھر لکیری نمو کے موڈ میں تبدیل ہوئی۔

(3) CE/PAA فلم کی نشوونما کا حل pH پر مضبوط انحصار ہے۔ جب محلول کا پی ایچ اس کے اہم نقطہ سے زیادہ ہوتا ہے، تو PAA اور CE کسی فلم میں جمع نہیں ہو سکتے۔ جمع شدہ CE/PAA جھلی اعلی pH حل میں گھلنشیل تھی۔

(4) چونکہ CE/PAA فلم OH اور COOH سے بھرپور ہوتی ہے، اس لیے ہیٹ ٹریٹمنٹ اسے کراس لنک بناتا ہے۔ کراس سے منسلک CE/PAA جھلی میں اچھی استحکام ہے اور یہ اعلی pH حل میں ناقابل حل ہے۔

(5) CE/PAA فلم میں ماحول میں پانی کو جذب کرنے کی اچھی صلاحیت ہے۔