پولیمر مواد کے میدان میں ، غیر - آئونک پانی - گھلنشیل پولیمر ، ان کی منفرد جسمانی اور کیمیائی خصوصیات کی وجہ سے ، متعدد صنعتوں میں ایک اہم پوزیشن رکھتے ہیں ، بشمول دواسازی ، کھانا اور روزانہ کیمیکل۔ پولی وینیلپیرولائڈون (پی وی پی) ، ایک اہم مثال ، تین وسیع زمرے میں تیار کی گئی ہے: ہوموپولیمر ، کوپولیمر ، اور کراس - منسلک پولیمر۔ تاہم ، لکیری پی وی پی کے پانی کی گھلنشیلتا کچھ ایپلی کیشنز میں ریسائیکل کرنا مشکل بنا دیتی ہے ، اور اوشیشوں سے مصنوعات کے ذائقہ کو آسانی سے متاثر کیا جاسکتا ہے۔ ہم نے پی وی پی پی پر - گہرائی کی تحقیق میں انعقاد کیا ، جس نے دو تیاری کے راستوں کے ذریعے مصنوع کی کارکردگی پر عمل کے پیرامیٹرز کے اثرات کو منظم طریقے سے تلاش کیا: معطلی پولیمرائزیشن اور کارن فلاور پولیمرائزیشن۔ یہ تحقیق پی وی پی پی کے صنعتی اطلاق کے لئے کلیدی نظریاتی مدد اور تکنیکی حوالہ فراہم کرتی ہے۔
1. پی وی پی پی کی تیاری کا طریقہ اور عمل کی اصلاح
1.1 معطلی پولیمرائزیشن
دانے دار اور پاوڈر پولیمر تیار کرنے کے لئے معطلی پولیمرائزیشن ایک عام طریقہ ہے۔ اس کے بنیادی اصول میں N - vinylpyrrolidone (NVP) monomers معطل کرنا شامل ہے ، ایک ابتداء میں تحلیل ہوجاتا ہے ، ایک منتقلی کے تحت بوند بوندوں کے طور پر پانی کے درمیانے درجے میں۔ اس کے بعد ایک کراس لنکر تین - جہتی نیٹ ورک تشکیل دیتا ہے۔ اس تجربے میں دیوینائل بینزین (ڈی وی بی) یا این ، این '- میتھیلینبیسکریلیمائڈ (این ایم بی اے) کو کراس لنکر ، ایزوبیسیسوبیوٹیرونیٹرائل (اے آئی بی این) کے طور پر ابتدائی ، پولی وینائلپیرولڈون K30 (پی وی پی کے K30) کے طور پر استعمال کیا گیا تھا ، بطور ڈسوبیسوبیٹیرونیٹرائل (اے آئی بی این) سالوینٹ کے طور پر ہائیڈروجن فاسفیٹ حل۔
سنگل - عنصر کے تجربات سے انکشاف ہوا ہے کہ عمل کے پیرامیٹرز PVPP کی پیداوار ، سوجن کی خصوصیات اور جذب کی کارکردگی کو نمایاں طور پر متاثر کرتے ہیں۔ درجہ حرارت کے بارے میں ، 70 ڈگری زیادہ سے زیادہ رد عمل کا درجہ حرارت ہے ، جہاں ابتدائی سڑن کی شرح اور مونومر پولیمرائزیشن کی شرح ایک توازن تک پہنچ جاتی ہے ، جس کے نتیجے میں اس کی پیداوار 96.42 ٪ ہوتی ہے۔ درجہ حرارت بہت کم (جیسے ، 40 ڈگری) کے نتیجے میں ناکافی ابتدائی سرگرمی ہوتی ہے ، جس سے پیداوار کو 88 فیصد سے کم کردیا جاتا ہے۔ درجہ حرارت بہت زیادہ (جیسے ، 90 ڈگری) تیزی سے انیشی ایٹر کی سڑن اور قبل از وقت فری ریڈیکل ختم ہونے کا باعث بنتا ہے ، جس کے نتیجے میں صرف 77.89 ٪ کی پیداوار ہوتی ہے۔ ابتدائی خوراک کے بارے میں ، جب AIBN NVP ماس کے 1 ٪ کا حصہ بنتا ہے تو ، مصنوع میں زیادہ سے زیادہ مجموعی کارکردگی حاصل ہوتی ہے ، جس کی پیداوار 94.65 ٪ اور 135 ملی گرام/جی کی سیلیسیلک ایسڈ جذب کرنے کی گنجائش ہوتی ہے۔ ایک خوراک بہت کم (0.4 ٪) ناکافی آزاد ریڈیکلز کی وجہ سے نامکمل پولیمرائزیشن کا نتیجہ بنتی ہے ، جبکہ ضرورت سے زیادہ خوراک (2.0 ٪) چین کے خاتمے کے امکان کو بڑھا دیتی ہے اور ، اس کے نتیجے میں ، جذب کی کارکردگی کو کم کرتی ہے۔
استعمال شدہ کراس لنکر کی مقدار براہ راست مصنوعات کی ساخت اور خصوصیات کا تعین کرتی ہے۔ جب ڈی وی بی کی خوراک 0.5 ٪ سے بڑھ کر 10 ٪ تک بڑھ گئی تو ، جیل کا حجم 47 ملی لیٹر/جی سے 6.4 ملی لیٹر/جی سے تیزی سے گر گیا۔ اس کی وجہ مالیکیولر نیٹ ورک کی جگہ کو کمپریس کرنے والے کراس لنکنگ پوائنٹس میں اضافہ ہوا ہے۔ اس کے ساتھ ہی ، ٹینن جذب کرنے کی گنجائش 80 ملی گرام/جی سے 61 ملی گرام/جی سے گھٹ گئی ، جو کراس لنکر کی خوراک کو ایڈجسٹ کرکے سوجن اور جذب کی صلاحیت کو متوازن کرنے کی ضرورت کی نشاندہی کرتی ہے۔ زیادہ سے زیادہ معطلی پولیمرائزیشن کے عمل کا عزم کیا گیا تھا: 200 ٪ مونومر کی سالوینٹ خوراک ، 1 ٪ کی ابتدائی خوراک ، 1 ٪ کی منتشر خوراک ، 2 ٪ -8 ٪ کی کراس لنکر خوراک ، اور 70 ڈگری کا رد عمل کا درجہ حرارت۔ ان شرائط کے تحت ، پی وی پی پی کی پیداوار 90 ٪ سے تجاوز کر گئی ، اور ٹینن اور سیلیسیلک ایسڈ کے لئے جذب کی صلاحیتیں بالترتیب 80 ملی گرام/جی اور 169 ملی گرام/جی تک پہنچ گئیں۔
Popcorn polymerization is a unique heterogeneous free radical polymerization technique that requires no initiator or dispersant. Instead, bifunctional intermediates are generated in situ using a catalyst or an external crosslinker, resulting in a highly crosslinked product. In this experiment, NMBA was used as the crosslinker and sodium hydroxide as the catalyst (to prevent monomer hydrolysis). A high initial monomer aqueous solution (>85 ٪) رد عمل کی شمولیت کی مدت کو مختصر کرنے کے لئے کام کیا گیا تھا۔
عمل کی اصلاح کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ 80 {- 100 ڈگری کے رد عمل کے درجہ حرارت پر پی وی پی پی کی کارکردگی زیادہ سے زیادہ تھی۔ 80 ڈگری پر ، ذرہ ظاہری شکل کا وقت تقریبا 1 گھنٹہ تھا ، جو 100 ڈگری پر 0.17 گھنٹے تک گھٹ گیا۔ تاہم ، بلند درجہ حرارت آسانی سے مونومر ہائیڈروالیسس کا باعث بن سکتا ہے۔ جب کراس لنکر این ایم بی اے کی خوراک NVP کا 2 ٪ -4 ٪ تھی ، تو پیداوار بالترتیب 103 ملی گرام/جی ٹینن اور 194 ملی گرام/جی سیلیسیلک ایسڈ کی جذب صلاحیت کے ساتھ 77.9 ٪ تک پہنچ گئی۔ معطلی پولیمرائزیشن کے طریقہ کار کے مقابلے میں ، پاپ کارن پولیمرائزیشن کے طریقہ کار کی پیداوار میں ایک ڈھیلے غیر محفوظ ڈھانچہ ، ایک خاص سطح کا ایک بڑا علاقہ ، اور بہتر جذب کی کارکردگی ہوتی ہے ، لیکن پیداوار کم ہے (70 ٪ -80 ٪) ، اس کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ کراس سے منسلک ہونے کی اعلی ڈگری مونوومرز کی بازی اور کچھ فعال مراکز نیٹ ورک کے ڈھانچے میں سرایت کرتی ہے۔
2. پی وی پی پی پروڈکٹ کی خصوصیات اور کارکردگی کا تجزیہ
2.1 ساختی خصوصیات
پی وی پی پی کے ڈھانچے کو اورکت اسپیکٹروسکوپی (IR) ، مختلف اسکیننگ کیلوریمیٹری (ڈی ایس سی) ، اور اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپی (SEM) کا استعمال کرتے ہوئے منظم طریقے سے خصوصیات کی گئی تھی۔ IR تجزیہ سے 1629 سینٹی میٹر پر C=C ڈبل بانڈ جذب چوٹی کی عدم موجودگی کا انکشاف ہوا ، جس سے NVP کے مکمل پولیمرائزیشن کی تصدیق ہوتی ہے۔ پائروولڈون رنگ کی ایک خصوصیت کی چوٹی 1286 سینٹی میٹر پر نمودار ہوئی ، جس سے پی وی پی پی کے ڈھانچے کی تصدیق ہوگئی۔ سیلیسیلک ایسڈ کی جذب کے بعد ، C=o کھینچنے والی کمپن چوٹی 1677 سینٹی میٹر سے 1660 سینٹی میٹر تک منتقل ہوگئی ، جس سے ہائیڈروجن بانڈنگ کی نشاندہی ہوتی ہے۔
ڈی ایس سی تجزیہ سے انکشاف ہوا ہے کہ لکیری پی وی پی کا شیشے کی منتقلی کا درجہ حرارت (ٹی جی) 175 ڈگری تھا ، جبکہ پی وی پی پی کا یہ نمایاں طور پر زیادہ تھا۔ معطلی پولیمرائزیشن میں ، جب ڈی وی بی کی خوراک 2 ٪ ہوتی ہے تو ، پی وی پی پی کا ٹی جی 196 ڈگری ہے۔ جب خوراک کو 10 ٪ تک بڑھایا جاتا ہے تو ، ٹی جی 200 ڈگری سے زیادہ ہے۔ پاپ کارن پولیمرائزیشن کے طریقہ کار کے ذریعہ تیار کردہ پی وی پی پی میں تقریبا 190 190-195 ڈگری کا ٹی جی ہے۔ اس رجحان کو کراس لنکنگ ڈھانچے سے منسوب کیا گیا ہے جو سالماتی طبقات کی نقل و حرکت میں رکاوٹ ہے۔ کراس لنکر کی بڑھتی ہوئی خوراک کے ساتھ ٹی جی میں نمایاں اضافہ ہوتا ہے ، اس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ مصنوعات میں لکیری پی وی پی کے مقابلے میں نمایاں طور پر بہتر تھرمل استحکام ہے۔
SEM مشاہدات سے انکشاف ہوا ہے کہ معطلی پولیمرائزیشن کے ذریعہ تیار کردہ PVPP گھنے دائرہ (6 ٪ DVB خوراک میں) ہے ، جبکہ پاپ کارن پولیمرائزیشن کے طریقہ کار کے ذریعہ تیار کردہ مصنوع میں ڈھیلے ، غیر محفوظ ڈھانچہ ہے جو بڑی تعداد میں سجا دیئے گئے بنیادی ذرات پر مشتمل ہے۔ یہ ساختی فرق پاپ کارن کے طریقہ کار کی اعلی جذب کی کارکردگی کی کلیدی وجہ ہے۔
پی وی پی پی کی بنیادی کارکردگی اس کی سوجن اور جذب کی خصوصیات میں ہے۔ معطلی پولیمرائزیشن کے طریقہ کار کے ذریعہ تیار کردہ مصنوع کا جیل حجم 5-50 ملی لیٹر/جی سے ہوتا ہے ، جبکہ یہ پاپ کارن کے طریقہ کار سے تیار ہوتا ہے 5-8 ملی لیٹر/جی۔ سابقہ میں سوجن کی اعلی صلاحیت ہے اور وہ اعلی سوجن کی خصوصیات (جیسے دواسازی کے خاتمے) کی ضرورت ہوتی ہے۔ مؤخر الذکر ، اس کی اعلی کراس لنکنگ کثافت کی وجہ سے ، کم سوجن لیکن اعلی جذب کرنے کی صلاحیت کی نمائش کرتا ہے ، جس سے یہ اشتہاربینٹ کی حیثیت سے زیادہ موزوں ہوتا ہے۔
پاپ کارن کے طریقہ کار کے ذریعہ تیار کردہ پی وی پی پی میں بقایا جذب کی کارکردگی کی نمائش ہوتی ہے ، جس میں ٹینن کے لئے 103 ملی گرام/جی اور سیلیسیلک ایسڈ کے لئے 194 ملی گرام/جی کی جذب کی صلاحیتوں کو حاصل ہوتا ہے ، جس میں معطلی پولیمرائزیشن کے طریقہ کار کے مقابلے میں 28.75 ٪ اور 14.79 فیصد اضافے کی نمائندگی ہوتی ہے۔ اس فائدہ میں بیئر کی وضاحت اور گندے پانی کے علاج جیسے علاقوں میں اطلاق کی بڑی صلاحیت موجود ہے۔
3. پی وی پی پی کے اطلاق کے امکانات
بیئر اسٹوریج کے دوران ، پولیفینولس (جیسے ٹیننز اور انتھوکیاننز) آسانی سے پروٹین کے ساتھ کمپلیکس تشکیل دیتے ہیں ، جس سے ابیوٹک گندگی پیدا ہوتی ہے اور مصنوعات کی ظاہری شکل اور ذائقہ کو متاثر ہوتا ہے۔ پی وی پی پی کے انووں میں فتھلامائڈ گروپس پولیفینولس کے ہائیڈروکسل گروپس کے ساتھ ہائیڈروجن بانڈ تشکیل دے سکتے ہیں ، مستحکم کمپلیکس تشکیل دیتے ہیں جو آسانی سے فلٹریشن کے ذریعہ ہٹا سکتے ہیں۔ تجربات سے پتہ چلتا ہے کہ پی وی پی پی کی تھوڑی سی مقدار صرف 5 منٹ میں 200 ملی لیٹر بیئر کی وضاحت کرسکتی ہے۔ 50 ڈگری گرم پانی کے ساتھ دھونے اور 2 ٪ NaOH حل کے ساتھ ڈیکولورائزنگ کے بعد ، پی وی پی پی کو دوبارہ استعمال کیا جاسکتا ہے۔ اس سے اخراجات کم ہوجاتے ہیں اور روایتی واضح کرنے والوں (جیسے بینٹونائٹ اور چالو کاربن) کے مسائل سے بچ جاتے ہیں جو نجاست چھوڑ سکتے ہیں یا ذائقہ کے مرکبات کو جذب کرسکتے ہیں۔
دواسازی کی صنعت میں ، پی وی پی پی اپنی عمدہ بائیوکمپیٹیبلٹی کی وجہ سے متعدد ایپلی کیشنز کا مظاہرہ کرتا ہے۔ منشیات کا خاتمہ ہونے کے ناطے ، اس کا پانی - سوجن کی خصوصیات گولیاں کے اندر دباؤ پیدا کرسکتی ہے ، جس سے تیزی سے منتشر ہونے کو فروغ ملتا ہے۔ ایک مستقل - منشیات کیریئر کی رہائی کے طور پر ، اس کی کراس - لنکنگ ڈگری کو منشیات کی رہائی کی شرح کو عین مطابق کنٹرول کرنے کے لئے عین مطابق کنٹرول کیا جاسکتا ہے۔ پی وی پی پی - i کمپلیکس آئوڈین کے ساتھ تشکیل دیا گیا ہے آہستہ آہستہ آئوڈین کو جاری کرتا ہے ، جلن کو کم کرتا ہے اور زخموں کی جراثیم کشی اور تیراکی کے تالاب کے پانی کو صاف کرنے جیسے ایپلی کیشنز میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔ پی وی پی پی کو بائیو میٹریلس کی تیاری میں بھی استعمال کیا جاسکتا ہے جیسے ہیموڈالیسیس جھلیوں اور وٹیرس مزاح کے متبادل ، میڈیکل ٹکنالوجی میں پیشرفت کی حمایت کرتے ہیں۔
زراعت میں ، پی وی پی پی کو مٹی کے پانی کی برقراری کو بہتر بنانے کے لئے مٹی کے کنڈیشنر کے طور پر استعمال کیا جاسکتا ہے۔ روزانہ کیمیائی صنعت میں ، اس کی موئسچرائزنگ اور فلم - پراپرٹیز تشکیل دینے سے یہ کاسمیٹکس میں ایک اعلی - کوالٹی ایکسپینٹ بن جاتا ہے۔ مواد سائنس میں ، PVPP - پر مبنی غیر محفوظ مواد کو آلودگی جذب کرنے اور کاتالسٹ کیریئر کے لئے استعمال کیا جاسکتا ہے ، جس میں وسیع درخواست کے امکانات پیش کیے جاتے ہیں۔
اس مطالعے نے معطلی اور پاپ کارن پولیمرائزیشن طریقوں کے ذریعہ تیار کردہ پی وی پی پی کے بنیادی عمل اور کارکردگی کی خصوصیات کو منظم طریقے سے انکشاف کیا۔ معطلی پولیمرائزیشن اعلی پیداوار اور یکساں ذرہ سائز کی حامل ہے ، جبکہ پاپ کارن پولیمرائزیشن اپنی اعلی جذب کی خصوصیات کے لئے کھڑی ہے۔ عمل پیرامیٹر کی اصلاح اور ساختی خصوصیات کے ذریعہ ، وہ طریقہ کار جس کے ذریعہ کلیدی عوامل جیسے کراس لنکر کی خوراک اور رد عمل کے درجہ حرارت پر اثر انداز پی وی پی پی کی کارکردگی کو واضح کیا گیا ، جو اس کی صنعتی پیداوار کے لئے تکنیکی بنیاد فراہم کرتے ہیں۔ بیئر کی وضاحت اور دواسازی کے اخراج جیسے علاقوں میں پی وی پی پی کی ممکنہ ایپلی کیشنز نہ صرف لکیری پی وی پی کی حدود پر قابو پاتی ہیں بلکہ غیر - آئنک پولیمر کی درخواست کی حدود کو بھی بڑھا دیتی ہیں ، جو متعلقہ صنعتوں کی ترقی میں نئی تحریک کو انجیکشن کرتی ہیں۔