Effekte van substituente en molekulêre gewig op oppervlak eienskappe van nie-ioniese sellulose-eter

Volgens Washburn se bevrugtingsteorie (Penetration Theory) en van Oss-Good-Chaudhury se kombinasieteorie (Combining Theory) en die toepassing van kolompittegnologie (Column Wicking Technique), verskeie nie-ioniese sellulose-eters, soos metielsellulose Die oppervlak-eienskappe van sellulose, hidroksielpropielsellulose en hidroksipropielmetielsellulose is getoets. As gevolg van die verskillende substituente, grade van substitusie en molekulêre gewigte van hierdie sellulose-eters, verskil hul oppervlak-energieë en hul komponente aansienlik. Die data toon dat die Lewis-basis van nie-ioniese sellulose-eter groter is as die Lewis-suur, en die hoofkomponent van die oppervlakvrye energie is die Lifshitz-van der Waals-krag. Die oppervlak-energie van hidroksipropiel en die samestelling daarvan is groter as dié van hidroksimetiel. Onder die uitgangspunt van dieselfde substituent en graad van substitusie is die oppervlakvrye energie van hidroksipropielsellulose eweredig aan die molekulêre gewig; terwyl die oppervlakvrye energie van hidroksipropielmetielsellulose eweredig is aan die graad van substitusie en omgekeerd eweredig aan die molekulêre gewig. Die eksperiment het ook bevind dat die oppervlak-energie van die substituent hidroksipropiel en hidroksipropielmetiel in die nie-ioniese sellulose-eter groter blyk te wees as die oppervlak-energie van sellulose, en die eksperiment bewys dat die oppervlak-energie van die getoetste sellulose en die samestelling daarvan. in ooreenstemming met die literatuur.

Sleutelwoorde: nie-ioniese sellulose-eters; substituente en grade van substitusie; molekulêre gewig; oppervlak eienskappe; pit tegnologie

Sellulose-eter is 'n groot kategorie sellulosederivate, wat in anioniese, kationiese en nieioniese eters verdeel kan word volgens die chemiese struktuur van hul etersubstituente. Sellulose-eter is ook een van die vroegste produkte wat in polimeerchemie nagevors en vervaardig is. Tot dusver is sellulose-eter wyd gebruik in medisyne, higiëne, skoonheidsmiddels en voedselindustrie.

Alhoewel sellulose-eters, soos hidroksielmetielsellulose, hidroksielpropielsellulose en hidroksipropielmetielsellulose, industrieel vervaardig is en baie van hul eienskappe bestudeer is, is hul oppervlak-energie, suur Alkali-reaktiewe eienskappe tot dusver nie gerapporteer nie. Aangesien die meeste van hierdie produkte in 'n vloeibare omgewing gebruik word, en die oppervlakkenmerke, veral die suur-basis-reaksie-eienskappe, waarskynlik hul gebruik sal beïnvloed, is dit baie nodig om die oppervlak-chemiese eienskappe van hierdie kommersiële sellulose-eter te bestudeer en te verstaan.

As in ag geneem word dat die monsters van sellulose-derivate baie maklik is om te verander met die verandering van voorbereidingstoestande, gebruik hierdie vraestel kommersiële produkte as monsters om hul oppervlak-energie te karakteriseer, en gebaseer op hierdie, die invloed van substituente en molekulêre gewigte van sulke produkte op die oppervlak eienskappe bestudeer word.

1. Eksperimentele deel

1.1 Grondstowwe

Die nie-ioniese sellulose-eter wat in die eksperiment gebruik is, is die produk vanKIMA CHEMICAL CO., LTD,. Die monsters is nie aan enige behandeling onderwerp voor toetsing nie.

As in ag geneem word dat sellulose-derivate van sellulose gemaak word, is die twee strukture naby en die oppervlak-eienskappe van sellulose is in die literatuur gerapporteer, so hierdie vraestel gebruik sellulose as die standaardmonster. Die sellulosemonster wat gebruik is, was kodenaam C8002 en is by gekoopKIMA, CN. Die monster is nie aan enige behandeling tydens die toets onderwerp nie.

Die reagense wat in die eksperiment gebruik word, is: etaan, dijodmetaan, gedeïoniseerde water, formamied, tolueen, chloroform. Alle vloeistowwe was analities suiwer produkte behalwe water wat kommersieel beskikbaar was.

1.2 Eksperimentele metode

In hierdie eksperiment is die kolom wicking tegniek gebruik, en 'n gedeelte (ongeveer 10 cm) van 'n standaard pipet met 'n binnedeursnee van 3 mm is as die kolombuis gesny. Gooi elke keer 200 mg poeiermonster in die kolombuis, skud dit dan om dit egalig te maak en plaas dit vertikaal op die bodem van die glashouer met 'n binnedeursnee van ongeveer 3 cm, sodat die vloeistof spontaan geadsorbeer kan word. Weeg 1 mL van die vloeistof wat getoets moet word en sit dit in 'n glashouer, en teken die onderdompeltyd t en onderdompelafstand X terselfdertyd aan. Alle eksperimente is by kamertemperatuur (25±1°C). Elke data is die gemiddeld van drie herhaling eksperimente.

1.3 Berekening van eksperimentele data

Die teoretiese basis vir die toepassing van kolomopswaaitegniek om die oppervlak-energie van poeiermateriaal te toets, is die Washburn-bevrugtingsvergelyking (Washburn-penetrasievergelyking).

1.3.1 Bepaling van die kapillêre effektiewe radius Reff van die gemete monster

Wanneer die Washburn-dompelformule toegedien word, is die voorwaarde vir die bereiking van volledige benatting cos=1. Dit beteken dat wanneer 'n vloeistof gekies word om in 'n vaste stof te dompel om 'n volledig nat toestand te bereik, ons die kapillêre effektiewe radius Reff van die gemete monster kan bereken deur die onderdompelafstand en -tyd te toets volgens 'n spesiale geval van die Washburn-dompelformule.

1.3.2 Lifshitz-van der Waals kragberekening vir die gemete monster

Volgens van Oss-Chaudhury-Good se kombineerreëls is die verband tussen die reaksies tussen vloeistowwe en vaste stowwe.

1.3.3 Berekening van Lewis suur-basis krag van die gemete monsters

Oor die algemeen word die suur-basis eienskappe van vaste stowwe geskat uit data wat met water en formamied geïmpregneer is. Maar in hierdie artikel het ons gevind dat daar geen probleem is wanneer hierdie paar polêre vloeistowwe gebruik word om sellulose te meet nie, maar in die toets van sellulose-eter, omdat die onderdompelhoogte van die polêre oplossingstelsel van water/formamied in sellulose-eter te laag is , wat tydregistrasie baie moeilik maak. Daarom is die tolueen/chloroform oplossingsisteem wat deur Chibowsk ingestel is, gekies. Volgens Chibowski is 'n tolueen/chloroform polêre oplossingstelsel ook 'n opsie. Dit is omdat hierdie twee vloeistowwe baie spesiale suur en alkaliniteit het, byvoorbeeld, tolueen het geen Lewis suurheid nie, en chloroform het geen Lewis alkaliniteit nie. Om die data verkry deur die tolueen/chloroform oplossingstelsel nader aan die aanbevole polêre oplossingsisteem van water/formamied te kry, gebruik ons ​​hierdie twee polêre vloeistofstelsels om sellulose op dieselfde tyd te toets, en kry dan die ooreenstemmende uitsetting- of sametrekkingskoëffisiënte voor toediening Die data wat verkry is deur sellulose-eter met tolueen/chloroform te bevrug is naby aan die gevolgtrekkings wat vir die water/formamiedstelsel verkry is. Aangesien sellulose-eters van sellulose afkomstig is en daar 'n baie soortgelyke struktuur tussen die twee is, kan hierdie skattingsmetode geldig wees.

1.3.4 Berekening van totale oppervlakvrye energie

2. Resultate en bespreking

2.1 Sellulosestandaard

Aangesien ons toetsresultate op sellulose-standaardmonsters bevind het dat hierdie data goed ooreenstem met dié wat in die literatuur gerapporteer word, is dit redelik om te glo dat die toetsresultate op sellulose-eters ook in ag geneem moet word.

2.2 Toetsresultate en bespreking van sellulose-eter

Tydens die toets van sellulose-eter is dit baie moeilik om die onderdompelafstand en -tyd aan te teken as gevolg van die baie lae dompelhoogte van water en formamied. Daarom kies hierdie vraestel die tolueen/chloroform oplossingsisteem as 'n alternatiewe oplossing, en skat die Lewis suurheid van sellulose-eter gebaseer op die toetsresultate van water/formamied en tolueen/chloroform op sellulose en die proporsionele verhouding tussen die twee oplossingsisteme. en alkaliese krag.

Deur sellulose as 'n standaardmonster te neem, word 'n reeks suur-basis eienskappe van sellulose-eters gegee. Aangesien die resultaat van die bevrugting van sellulose-eter met tolueen/chloroform direk getoets word, is dit oortuigend.

Dit beteken dat die tipe en molekulêre gewig van die substituente die suur-basis eienskappe van sellulose-eter beïnvloed, en die verhouding tussen die twee substituente, hidroksipropiel en hidroksipropielmetiel, op die suur-basis eienskappe van sellulose-eter en die molekulêre gewig heeltemal teenoorgesteld. Maar dit kan ook verband hou met die feit dat LP's gemengde substituente is.

Aangesien die substituente van MO43 en K8913 verskillend is en dieselfde molekulêre gewig het, is die substituent van eersgenoemde byvoorbeeld hidroksimetiel en die substituent van laasgenoemde hidroksipropiel, maar die molekulêre gewig van albei is 100 000, dus beteken dit ook dat die uitgangspunt van dieselfde molekulêre gewig Onder die omstandighede kan die S+ en S- van die hidroksimetielgroep kleiner as die hidroksipropielgroep wees. Maar die substitusiegraad is ook moontlik, want die substitusiegraad van K8913 is ongeveer 3.00, terwyl dié van MO43 slegs 1.90 is.

Aangesien die graad van substitusie en substituente van K8913 en K9113 dieselfde is maar net die molekulêre gewig verskil, toon die vergelyking tussen die twee dat die S+ van hidroksipropielsellulose afneem met die toename in molekulêre gewig, maar S- verhoog inteendeel. .

Uit die opsomming van die toetsresultate van die oppervlak-energie van alle sellulose-eters en hul komponente, kan gesien word dat of dit sellulose of sellulose-eter is, die hoofkomponent van hul oppervlak-energie die Lifshitz-van der Waals-krag is, wat verantwoordelik is vir ongeveer 98% ~ 99%. Boonop is die Lifshitz-van der Waals-kragte van hierdie nie-ioniese sellulose-eters (behalwe MO43) ook meestal groter as dié van sellulose, wat daarop dui dat die veretheringsproses van sellulose ook 'n proses is om Lifshitz-van der Waals-kragte te verhoog. En hierdie toenames lei daartoe dat die oppervlak-energie van sellulose-eter groter is as dié van sellulose. Hierdie verskynsel is baie interessant omdat hierdie sellulose-eters algemeen gebruik word in die vervaardiging van oppervlakaktiewe middels. Maar die data is opmerklik, nie net omdat die data oor die verwysingstandaardmonster wat in hierdie eksperiment getoets is uiters konsekwent is met die waarde wat in die literatuur gerapporteer word nie, die data oor die verwysingstandaardmonster is uiters konsekwent met die waarde wat in die literatuur gerapporteer word, want voorbeeld: al hierdie sellulose Die SAB van eters is aansienlik kleiner as dié van sellulose, en dit is as gevolg van hul baie groot Lewis-basisse. Onder die uitgangspunt van dieselfde substituent en graad van substitusie is die oppervlakvrye energie van hidroksipropielsellulose eweredig aan die molekulêre gewig; terwyl die oppervlakvrye energie van hidroksipropielmetielsellulose eweredig is aan die graad van substitusie en omgekeerd eweredig aan die molekulêre gewig.

Daarbenewens, omdat sellulose-eters groter SLW as sellulose het, maar ons weet reeds dat hul dispergeerbaarheid beter is as sellulose, dus kan dit voorlopig oorweeg word dat die hoofkomponent van SLW wat nie-ioniese sellulose-eters uitmaak, die Londense krag moet wees.

3. Gevolgtrekking

Studies het getoon dat die tipe substituent, graad van substitusie en molekulêre gewig 'n groot invloed op die oppervlak-energie en samestelling van nie-ioniese sellulose-eter het. En hierdie effek blyk die volgende reëlmaat te hê:

(1) S+ van nie-ioniese sellulose-eter is kleiner as S-.

(2) Die oppervlak-energie van nie-ioniese sellulose-eter word oorheers deur Lifshitz-van der Waals-krag.

(3) Molekulêre gewig en substituente het 'n effek op die oppervlak-energie van nie-ioniese sellulose-eters, maar dit hang hoofsaaklik af van die tipe substituente.

(4) Onder die uitgangspunt van dieselfde substituent en graad van substitusie, is die oppervlakvrye energie van hidroksipropielsellulose eweredig aan die molekulêre gewig; terwyl die oppervlakvrye energie van hidroksipropielmetielsellulose eweredig is aan die graad van substitusie en omgekeerd eweredig aan die molekulêre gewig.

(5) Die veretheringsproses van sellulose is 'n proses waarin die Lifshitz-van der Waals krag toeneem, en dit is ook 'n proses waarin Lewis suurheid afneem en Lewis alkaliniteit toeneem.