Eienskappe van kationiese sellulose-eteroplossing

Die verdunde oplossing eienskappe van 'n hoë-lading-digtheid kationiese sellulose-eter (KG-30M) by verskillende pH-waardes is bestudeer met 'n laserverstrooiingsinstrument, vanaf die hidrodinamiese radius (Rh) by verskillende hoeke, en die wortel gemiddelde vierkante radius van rotasie Rg Die verhouding tot Rh lei af dat sy vorm onreëlmatig is, maar naby aan sferies. Daarna is met behulp van reometer drie gekonsentreerde oplossings van kationiese sellulose-eters met verskillende ladingsdigthede in detail bestudeer, en die invloed van konsentrasie, pH-waarde en sy eie ladingsdigtheid op die reologiese eienskappe daarvan is bespreek. Soos die konsentrasie toegeneem het, het Newton se eksponent eers afgeneem en toe afgeneem. Fluktuasie of selfs terugslag vind plaas, en tiksotropiese gedrag vind plaas by 3% (massafraksie). 'n Matige ladingsdigtheid is voordelig om 'n hoër nul-skuif-viskositeit te verkry, en pH het min effek op die viskositeit daarvan.

Sleutelwoorde:kationiese sellulose-eter; morfologie; nul skuifviskositeit; reologie

Sellulose-derivate en hul gemodifiseerde funksionele polimere is wyd gebruik in die velde van fisiologiese en sanitêre produkte, petrochemikalieë, medisyne, voedsel, persoonlike versorgingsprodukte, verpakking, ens. Wateroplosbare kationiese sellulose-eter (CCE) is te danke aan sy Met sterk verdikking vermoë, word dit wyd gebruik in daaglikse chemikalieë, veral sjampoe, en kan die kambaarheid van hare na sjampoe verbeter. Terselfdertyd, as gevolg van sy goeie verenigbaarheid, kan dit in twee-in-een en alles-in-een sjampoe gebruik word. Dit het ook 'n goeie toepassingsvooruitsig en het die aandag van verskeie lande getrek. Daar is in die literatuur gerapporteer dat sellulose-afgeleide oplossings gedrag vertoon soos Newtonse vloeistof, pseudoplastiese vloeistof, tiksotropiese vloeistof en viskoelastiese vloeistof met die toename in konsentrasie, maar die morfologie, reologie en beïnvloedende faktore van kationiese sellulose-eter in waterige oplossing. navorsingsverslae. Hierdie referaat fokus op die reologiese gedrag van kwaternêre ammonium gemodifiseerde sellulose waterige oplossing, ten einde 'n verwysing vir praktiese toepassing te verskaf.

1. Eksperimentele deel

1.1 Grondstowwe

Kationiese sellulose-eter (KG-30M, JR-30M, LR-30M); Canada Dow Chemical Company-produk, verskaf deur Procter & Gamble Company Kobe R&D-sentrum in Japan, gemeet deur Vario EL elementêre ontleder (German Elemental Company), die monster Die stikstofinhoud is onderskeidelik 2,7%, 1,8%, 1,0% (die ladingsdigtheid is 1,9 Meq/g, 1,25 Meq/g, 0,7 Meq/g onderskeidelik), en dit is getoets deur die Duitse ALV-5000E laserligverstrooiingsinstrument (LLS) gemeet sy gewig gemiddelde molekulêre gewig is ongeveer 1,64×106 g/mol.

1.2 Voorbereiding van oplossing

Die monster is gesuiwer deur filtrasie, dialise en vriesdroog. Weeg 'n reeks van drie kwantitatiewe monsters onderskeidelik, en voeg standaard bufferoplossing met pH 4.00, 6.86, 9.18 by om die vereiste konsentrasie voor te berei. Ten einde te verseker dat die monsters volledig opgelos is, is alle monsteroplossings vir 48 uur op 'n magnetiese roerder geplaas voor toetsing.

1.3 Ligverstrooiingsmeting

Gebruik LLS om die gewigsgemiddelde molekulêre gewig van die monster in verdunde waterige oplossing te meet, die hidrodinamiese radius en die wortel gemiddelde vierkante rotasieradius wanneer die tweede Villi-koëffisiënt en verskillende hoeke,), en lei af dat hierdie kationiese sellulose-eter in die waterige oplossing volgens sy verhoudingstatus.

1.4 Viskositeitsmeting en reologiese ondersoek

Die gekonsentreerde CCE oplossing is deur Brookfield RVDV-III+ reometer bestudeer, en die invloed van konsentrasie, ladingsdigtheid en pH waarde op reologiese eienskappe soos monster viskositeit is ondersoek. By hoër konsentrasies is dit nodig om die tiksotropie daarvan te ondersoek.

2. Resultate en bespreking

2.1 Navorsing oor ligverstrooiing

As gevolg van sy spesiale molekulêre struktuur is dit moeilik om in die vorm van 'n enkele molekule selfs in 'n goeie oplosmiddel te bestaan, maar in die vorm van sekere stabiele miselle, trosse of assosiasies.

Wanneer die verdunde waterige oplossing (~o.1%) van CCE met 'n polariserende mikroskoop waargeneem is, onder die agtergrond van die swart kruis ortogonale veld, het "ster" helder kolle en helder stawe verskyn. Dit word verder gekenmerk deur ligverstrooiing, die dinamiese hidrodinamiese radius by verskillende pH en hoeke, die wortel gemiddelde vierkantsradius van rotasie en die tweede Villi-koëffisiënt verkry uit die Berry-diagram word in Tab gelys. 1. Die verspreidingsgrafiek van die hidrodinamiese radiusfunksie verkry by 'n konsentrasie van 10-5 is hoofsaaklik 'n enkele piek, maar die verspreiding is baie wyd (Fig. 1), wat aandui dat daar molekulêre-vlak assosiasies en groot aggregate in die sisteem is ; Daar is veranderinge, en die Rg/Rb-waardes is almal rondom 0.775, wat aandui dat die vorm van CCE in oplossing naby aan sferies is, maar nie gereeld genoeg nie. Die effek van pH op Rb en ​​Rg is nie duidelik nie. Die teenioon in die bufferoplossing is in wisselwerking met CCE om die lading op sy syketting te beskerm en dit te laat krimp, maar die verskil verskil met die tipe teenioon. Ligverstrooiingsmeting van gelaaide polimere is vatbaar vir langafstandkraginteraksie en eksterne interferensie, so daar is sekere foute en beperkings in LLS-karakterisering. Wanneer die massafraksie groter as 0.02% is, is daar meestal onafskeidbare dubbele pieke of selfs veelvuldige pieke in die Rh verspreidingsdiagram. Soos die konsentrasie toeneem, neem Rh ook toe, wat aandui dat meer makromolekules geassosieer of selfs saamgevoeg word. Wanneer Cao et al. ligverstrooiing gebruik het om die kopolimeer van karboksimetielsellulose en oppervlakaktiewe makromere te bestudeer, was daar ook onafskeidbare dubbelpieke, waarvan een tussen 30nm en 100nm was, wat die vorming van miselle op molekulêre vlak verteenwoordig, en die ander Die piek Rh is relatief groot, wat as 'n aggregaat beskou word, wat soortgelyk is aan die resultate wat in hierdie vraestel bepaal is.

2.2 Navorsing oor reologiese gedrag

2.2.1 Effek van konsentrasie:Meet die skynbare viskositeit van KG-30M oplossings met verskillende konsentrasies by verskillende skuiftempo's, en volgens die logaritmiese vorm van die kragwetvergelyking voorgestel deur Ostwald-Dewaele, wanneer die massafraksie nie 0.7% oorskry nie, en 'n reeks reguitlyne met lineêre korrelasiekoëffisiënte groter as 0.99 is verkry. En soos die konsentrasie toeneem, neem die waarde van Newton se eksponent n af (almal minder as 1), wat 'n duidelike pseudoplastiese vloeistof toon. Aangedryf deur skuifkrag begin die makromolekulêre kettings ontwarren en oriënteer, sodat die viskositeit afneem. Wanneer die massafraksie groter as 0,7% is, neem die lineêre korrelasiekoëffisiënt van die verkrygde reguitlyn af (ongeveer 0,98), en n begin fluktueer of selfs styg met die toename in konsentrasie; wanneer die massafraksie 3% bereik (Fig. 2), die tabel Die skynbare viskositeit neem eers toe en neem dan af met die toename van die skuiftempo. Hierdie reeks verskynsels verskil van die verslae van ander anioniese en kationiese polimeeroplossings. Die n-waarde styg, dit wil sê die nie-Newtoniaanse eienskap word verswak; Newtoniese vloeistof is 'n viskose vloeistof, en intermolekulêre glip vind plaas onder die werking van skuifspanning, en dit kan nie herwin word nie; nie-Newtoniese vloeistof bevat 'n herwinbare elastiese deel en 'n onherstelbare viskose deel. Onder die werking van skuifspanning vind die onomkeerbare glip tussen molekules plaas, en terselfdertyd, omdat die makromolekules saam met die skuif gestrek en georiënteer word, word 'n herwinbare elastiese deel gevorm. Wanneer die eksterne krag verwyder word, is die makromolekules geneig om terug te keer na die oorspronklike gekrulde vorm, so die waarde van n styg. Die konsentrasie neem steeds toe om 'n netwerkstruktuur te vorm. Wanneer die skuifspanning klein is, sal dit nie vernietig word nie, en slegs elastiese vervorming sal plaasvind. Op hierdie tydstip sal die elastisiteit relatief verbeter word, die viskositeit sal verswak word, en die waarde van n sal afneem; terwyl die skuifspanning geleidelik toeneem tydens die meetproses, so n Die waarde fluktueer. Wanneer die massafraksie 3% bereik, neem die skynbare viskositeit eers toe en neem dan af, omdat die klein skuif die botsing van makromolekules bevorder om groot aggregate te vorm, dus styg die viskositeit, en die skuifspanning gaan voort om die aggregate te breek. , sal die viskositeit weer afneem.

In die ondersoek van tiksotropie, stel die spoed (r/min) om die verlangde y te bereik, verhoog die spoed met gereelde tussenposes totdat dit die vasgestelde waarde bereik, en daal dan vinnig van die maksimum spoed terug na die aanvanklike waarde om die ooreenstemmende Die skuifspanning, sy verhouding met die skuiftempo word in Fig. 3 getoon. Wanneer die massafraksie minder as 2,5% is, oorvleuel die opwaartse kurwe en die afwaartse kurwe heeltemal, maar wanneer die massafraksie 3% is, is die twee lyne nr. langer oorvleuel, en die afwaartse lyn bly agter, wat tiksotropie aandui.

Die tydsafhanklikheid van skuifspanning staan ​​bekend as reologiese weerstand. Reologiese weerstand is 'n kenmerkende gedrag van viskoelastiese vloeistowwe en vloeistowwe met tiksotropiese strukture. Daar word gevind dat hoe groter y by dieselfde massafraksie is, hoe vinniger bereik r ewewig, en die tydafhanklikheid is kleiner; by 'n laer massafraksie (<2%) toon CCE nie reologiese weerstand nie. Wanneer die massafraksie tot 2.5% toeneem, toon dit 'n sterk tydafhanklikheid (Fig. 4), en dit neem ongeveer 10 minute om ewewig te bereik, terwyl by 3.0% die ewewigstyd 50 minute neem. Die goeie tiksotropie van die stelsel is bevorderlik vir praktiese toepassing.

2.2.2 Die effek van ladingsdigtheid:die logaritmiese vorm van die Spencer-Dillon empiriese formule word gekies, waarin die nul-snit viskositeit, b konstant is by dieselfde konsentrasie en verskillende temperatuur, en toeneem met die toename van konsentrasie by dieselfde temperatuur. Volgens die kragwetvergelyking wat in 1966 deur Onogi aangeneem is, is M die relatiewe molekulêre massa van die polimeer, A en B is konstantes, en c is die massafraksie (%). Fig.5 Die drie krommes het duidelike buigpunte rondom 0,6%, dit wil sê daar is 'n kritiese massa breuk. Meer as 0.6%, die nul-skuif-viskositeit neem vinnig toe met die toename van konsentrasie C. Die kurwes van die drie monsters met verskillende ladingsdigthede is baie naby. Daarteenoor, wanneer die massafraksie tussen 0.2% en 0.8% is, is die nulsny-viskositeit van die LR-monster met die kleinste ladingsdigtheid die grootste, omdat die waterstofbindingsassosiasie 'n sekere kontak vereis. Daarom is die ladingsdigtheid nou verwant aan of die makromolekules op 'n ordelike en kompakte wyse gerangskik kan word; deur DSC-toetsing word gevind dat LR 'n swak kristallisasiepiek het, wat 'n geskikte ladingsdigtheid aandui, en die nul-skuifviskositeit is hoër by dieselfde konsentrasie. Wanneer die massafraksie minder as 0.2% is, is LR die kleinste, want in verdunde oplossing is makromolekules met lae ladingsdigtheid meer geneig om spoeloriëntasie te vorm, dus is die nul-skuifviskositeit laag. Dit het 'n goeie leidende betekenis in terme van verdikkingsprestasie.

2.2.3 pH effek: Fig. 6 is die resultaat gemeet by verskillende pH binne die reeks van 0.05% tot 2.5% massafraksie. Daar is 'n infleksiepunt rondom 0.45%, maar die drie krommes oorvleuel amper, wat aandui dat pH geen ooglopende effek op nul-skuif-viskositeit het nie, wat heelwat verskil van die sensitiwiteit van anioniese sellulose-eter vir pH.

3. Gevolgtrekking

Die KG-30M verdunde waterige oplossing word deur LLS bestudeer, en die hidrodinamiese radiusverspreiding wat verkry word, is 'n enkele piek. Uit die hoekafhanklikheid en Rg/Rb-verhouding kan afgelei word dat sy vorm naby aan sferies is, maar nie gereeld genoeg nie. Vir die CCE-oplossings met drie ladingsdigthede neem die viskositeit toe met die toename van die konsentrasie, maar die Newton se jaggetal n neem eers af, fluktueer dan en styg selfs; pH het min effek op die viskositeit, en 'n matige ladingsdigtheid kan 'n hoër viskositeit verkry.