آثار البدائل والوزن الجزيئي على الخواص السطحية للأثير السليلوز غير الأيوني

وفقا لنظرية التشريب لواشبورن (نظرية الاختراق) ونظرية التركيب لفان أوس جود تشودري (نظرية الجمع) وتطبيق تقنية الفتيل العمودي (تقنية فتل العمود)، فإن العديد من إيثرات السليلوز غير الأيونية، مثل ميثيل السليلوز، لها خصائص سطحية تم اختبار السليلوز، هيدروكسي بروبيل السليلوز وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز. نظرًا لاختلاف البدائل ودرجات الاستبدال والأوزان الجزيئية لإثيرات السليلوز هذه، تختلف طاقاتها السطحية ومكوناتها بشكل كبير. تظهر البيانات أن قاعدة لويس لإيثر السليلوز غير الأيوني أكبر من حمض لويس، والمكون الرئيسي للطاقة الحرة السطحية هو قوة ليفشيتز فان دير فالس. الطاقة السطحية للهيدروكسي بروبيل وتكوينه أكبر من طاقة الهيدروكسي ميثيل. في ظل فرضية نفس البديل ودرجة الاستبدال، تتناسب الطاقة الحرة السطحية لسليلوز الهيدروكسي بروبيل مع الوزن الجزيئي؛ في حين أن الطاقة الحرة السطحية لهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز تتناسب مع درجة الإحلال وتتناسب عكسيا مع الوزن الجزيئي. كما وجدت التجربة أن الطاقة السطحية لمادة الهيدروكسي بروبيل والهيدروكسي بروبيل ميثيل البديلة في إيثر السليلوز غير الأيوني تبدو أكبر من الطاقة السطحية للسليلوز، وأثبتت التجربة أن الطاقة السطحية للسليلوز الذي تم اختباره وتركيبته هي بيانات يتفق مع الأدب.

الكلمات الرئيسية: إثيرات السليلوز غير الأيونية؛ البدائل ودرجات الاستبدال. الوزن الجزيئي خصائص السطح تكنولوجيا الفتيل

إيثر السليلوز هو فئة كبيرة من مشتقات السليلوز، والتي يمكن تقسيمها إلى إيثرات أنيونية وكاتيونية وغير أيونية وفقًا للتركيب الكيميائي لبدائل الأثير الخاصة بها. يعد إيثر السليلوز أيضًا أحد أقدم المنتجات التي تم بحثها وإنتاجها في كيمياء البوليمر. حتى الآن، تم استخدام إيثر السليلوز على نطاق واسع في الطب والنظافة ومستحضرات التجميل وصناعة المواد الغذائية.

على الرغم من أن إثيرات السليلوز، مثل هيدروكسي ميثيل السليلوز، وهيدروكسي بروبيل السليلوز، وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، قد تم إنتاجها صناعيًا وتمت دراسة العديد من خصائصها، إلا أنه لم يتم الإبلاغ عن خصائص الطاقة السطحية والحمضية والقلوية المتفاعلة حتى الآن. وبما أن معظم هذه المنتجات تستخدم في بيئة سائلة، ومن المحتمل أن تؤثر الخصائص السطحية، وخاصة خصائص التفاعل الحمضي القاعدي، على استخدامها، فمن الضروري جداً دراسة وفهم الخصائص الكيميائية السطحية لهذا الأثير السليلوز التجاري.

باعتبار أن عينات مشتقات السليلوز من السهل جداً أن تتغير مع تغير ظروف التحضير، يستخدم هذا البحث منتجات تجارية كعينات لتوصيف طاقتها السطحية، وبناء على ذلك يتم تحديد تأثير البدائل والأوزان الجزيئية لهذه المنتجات على السطح تتم دراسة الخصائص.

1. الجزء التجريبي

1.1 المواد الخام

إن إيثر السليلوز غير الأيوني المستخدم في التجربة هو حاصل ضربشركة كيما للكيماويات المحدودة،. ولم تخضع العينات لأي علاج قبل الاختبار.

وبالنظر إلى أن مشتقات السليلوز مصنوعة من السليلوز، فإن الهيكلين متقاربان، وقد تم الإبلاغ عن الخصائص السطحية للسليلوز في الأدبيات، لذلك تستخدم هذه الورقة السليلوز كعينة قياسية. عينة السليلوز المستخدمة كانت تحمل الاسم الرمزي C8002 وتم شراؤها منكيما, CN. ولم تخضع العينة لأية معالجة أثناء الاختبار.

الكواشف المستخدمة في التجربة هي: الإيثان، ثنائي يودوميثان، الماء منزوع الأيونات، الفورماميد، التولوين، الكلوروفورم. جميع السوائل كانت منتجات نقية تحليليا باستثناء الماء الذي كان متاحا تجاريا.

1.2 الطريقة التجريبية

في هذه التجربة، تم اعتماد تقنية فتل العمود، وتم قطع مقطع (حوالي 10 سم) من ماصة قياسية بقطر داخلي 3 مم كأنبوب العمود. ضع 200 ملجم من العينة المسحوقة في أنبوب العمود في كل مرة، ثم قم برجها لجعلها متساوية وضعها عموديًا على قاع الوعاء الزجاجي بقطر داخلي يبلغ حوالي 3 سم، بحيث يمكن امتصاص السائل تلقائيًا. زن 1 مل من السائل المراد اختباره وضعه في وعاء زجاجي، وسجل زمن الغمر t ومسافة الغمر X في نفس الوقت. أجريت جميع التجارب في درجة حرارة الغرفة (25±1°ج). كل بيانات هي متوسط ​​ثلاث تجارب متكررة.

1.3 حساب البيانات التجريبية

الأساس النظري لتطبيق تقنية فتل الأعمدة لاختبار الطاقة السطحية لمواد المسحوق هو معادلة تشريب واشبورن (معادلة اختراق واشبورن).

1.3.1 تحديد نصف القطر الفعال للشعيرات الدموية Reff للعينة المقاسة

عند تطبيق صيغة واشبورن للغمر، فإن شرط تحقيق الترطيب الكامل هو cos=1. وهذا يعني أنه عند اختيار سائل لغمره في مادة صلبة لتحقيق حالة رطبة تمامًا، يمكننا حساب نصف القطر الفعال الشعري Reff للعينة المقاسة عن طريق اختبار مسافة الغمر وزمنه وفقًا لحالة خاصة من صيغة واشبورن للغمر.

1.3.2 حساب قوة Lifshitz-van der Waals للعينة المقاسة

وفقا لقواعد فان أوس-تشودري-جود للجمع، فإن العلاقة بين التفاعلات بين السوائل والمواد الصلبة.

1.3.3 حساب القوة الحمضية القاعدية لويس للعينات المقاسة

بشكل عام، يتم تقدير الخواص الحمضية القاعدية للمواد الصلبة من البيانات المشربة بالماء والفورماميد. لكن في هذا المقال وجدنا أنه لا توجد مشكلة عند استخدام هذا الزوج من السوائل القطبية لقياس السليلوز، ولكن في اختبار أثير السليلوز، لأن ارتفاع غمر نظام المحلول القطبي للماء/ الفورماميد في أثير السليلوز منخفض جدًا مما يجعل تسجيل الوقت صعبًا للغاية. لذلك، تم اختيار نظام محلول التولوين/الكلوروفورم الذي قدمته شركة تشيبووسك. وفقًا لتشيبوفسكي، يعد نظام الحل القطبي للتولوين/الكلوروفورم خيارًا أيضًا. وذلك لأن هذين السائلين لهما حموضة وقلوية خاصة جدًا، على سبيل المثال، التولوين ليس له حموضة لويس، والكلوروفورم ليس له قلوية لويس. من أجل الحصول على البيانات التي تم الحصول عليها بواسطة نظام محلول التولوين/الكلوروفورم أقرب إلى نظام المحلول القطبي الموصى به للماء/الفورماميد، نستخدم هذين النظامين السائلين القطبيين لاختبار السليلوز في نفس الوقت، ومن ثم الحصول على معاملات التمدد أو الانكماش المقابلة قبل التطبيق، البيانات التي تم الحصول عليها عن طريق تشريب أثير السليلوز مع التولوين/الكلوروفورم قريبة من الاستنتاجات التي تم الحصول عليها لنظام الماء/الفورماميد. نظرًا لأن إثيرات السليلوز مشتقة من السليلوز وهناك بنية مشابهة جدًا بين الاثنين، فقد تكون طريقة التقدير هذه صحيحة.

1.3.4 حساب إجمالي الطاقة الحرة السطحية

2. النتائج والمناقشة

2.1 معيار السليلوز

نظرًا لأن نتائج الاختبار التي أجريناها على عينات السليلوز القياسية وجدت أن هذه البيانات تتفق جيدًا مع تلك الواردة في الأدبيات، فمن المعقول الاعتقاد بأنه ينبغي أيضًا أخذ نتائج الاختبار على إثيرات السليلوز في الاعتبار.

2.2 نتائج الاختبار ومناقشة أثير السليلوز

أثناء اختبار إيثر السليلوز، من الصعب جدًا تسجيل مسافة ووقت الغمر بسبب ارتفاع الغمر المنخفض جدًا للماء والفورماميد. لذلك، يختار هذا البحث نظام محلول التولوين/الكلوروفورم كحل بديل، ويقدر حموضة لويس لإيثر السليلوز بناءً على نتائج اختبار الماء/الفورماميد والتولوين/الكلوروفورم على السليلوز والعلاقة التناسبية بين نظامي المحلول. والقوة القلوية.

وبأخذ السليلوز كعينة قياسية، تم إعطاء سلسلة من الخصائص الحمضية القاعدية لإثيرات السليلوز. وبما أن نتيجة تشريب أثير السليولوز مع التولوين/الكلوروفورم تم اختبارها مباشرة، فهي مقنعة.

وهذا يعني أن نوع البدائل ووزنها الجزيئي يؤثران على الخواص الحمضية القاعدية لإثير السليلوز، كما تؤثر العلاقة بين البديلين هيدروكسي بروبيل وهيدروكسي بروبيل ميثيل على الخواص الحمضية القاعدية لإثير السليلوز والوزن الجزيئي المعاكس تماماً. ولكن من الممكن أن يكون الأمر مرتبطًا أيضًا بحقيقة أن أعضاء البرلمان هم بدائل مختلطة.

نظرًا لأن بديلي MO43 وK8913 مختلفان ولهما نفس الوزن الجزيئي، على سبيل المثال، فإن بديل الأول هو هيدروكسي ميثيل وبديل الأخير هو هيدروكسي بروبيل، ولكن الوزن الجزيئي لكليهما هو 100000، لذلك يعني أيضًا أن فرضية لها نفس الوزن الجزيئي في ظل هذه الظروف، قد تكون S+ وS- لمجموعة الهيدروكسي ميثيل أصغر من مجموعة الهيدروكسي بروبيل. لكن درجة الاستبدال ممكنة أيضًا، لأن درجة الاستبدال لـ K8913 تبلغ حوالي 3.00، في حين أن درجة الاستبدال لـ MO43 تبلغ 1.90 فقط.

بما أن درجة الاستبدال وبدائل K8913 و K9113 هي نفسها ولكن يختلف الوزن الجزيئي فقط، فإن المقارنة بين الاثنين تظهر أن S+ لهيدروكسي بروبيل السليلوز يتناقص مع زيادة الوزن الجزيئي، ولكن S- يزيد على العكس. .

من ملخص نتائج اختبار الطاقة السطحية لجميع إثيرات السليلوز ومكوناتها، يمكن ملاحظة أنه سواء كان السليلوز أو أثير السليلوز، فإن المكون الرئيسي للطاقة السطحية لها هو قوة ليفشيتز-فان دير فالس، والتي تمثل حوالي 98% ~ 99%. علاوة على ذلك، فإن قوى ليفشيتز-فان دير فالس لإثيرات السليلوز غير الأيونية (باستثناء MO43) هي أيضًا أكبر في الغالب من قوى السليلوز، مما يشير إلى أن عملية أثير السليلوز هي أيضًا عملية زيادة قوى ليفشيتز-فان دير فالس. وتؤدي هذه الزيادات إلى أن تكون الطاقة السطحية لإثير السليلوز أكبر من طاقة السليلوز. هذه الظاهرة مثيرة للاهتمام للغاية لأن إثيرات السليلوز هذه تستخدم بشكل شائع في إنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي. لكن البيانات جديرة بالملاحظة، ليس فقط لأن البيانات المتعلقة بالعينة القياسية المرجعية التي تم اختبارها في هذه التجربة متسقة للغاية مع القيمة الواردة في الأدبيات، ولكن البيانات المتعلقة بالعينة القياسية المرجعية متوافقة للغاية مع القيمة الواردة في الأدبيات، مثال: كل هذه السليولوزات SAB من الإيثرات أصغر بكثير من السليلوز، وهذا بسبب قواعد لويس الكبيرة جدًا. في ظل فرضية نفس البديل ودرجة الاستبدال، تتناسب الطاقة الحرة السطحية لسليلوز الهيدروكسي بروبيل مع الوزن الجزيئي؛ في حين أن الطاقة الحرة السطحية لهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز تتناسب مع درجة الإحلال وتتناسب عكسيا مع الوزن الجزيئي.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن إثيرات السليلوز تحتوي على SLW أكبر من السليلوز، لكننا نعلم بالفعل أن تشتتها أفضل من السليلوز، لذلك يمكن اعتبار مبدئيًا أن المكون الرئيسي لـ SLW الذي يشكل إثيرات السليلوز غير الأيونية يجب أن يكون قوة لندن.

3. الاستنتاج

أظهرت الدراسات أن نوع البديل ودرجة الاستبدال والوزن الجزيئي لها تأثير كبير على الطاقة السطحية وتكوين إيثر السليلوز غير الأيوني. ويبدو أن هذا التأثير له الانتظام التالي:

(1) S+ من إيثر السليلوز غير الأيوني أصغر من S-.

(2) تهيمن قوة ليفشيتز فان دير فال على الطاقة السطحية لإيثر السليلوز غير الأيوني.

(3) يؤثر الوزن الجزيئي وبدائله على الطاقة السطحية لإثيرات السليلوز غير الأيونية، ولكنه يعتمد بشكل رئيسي على نوع البدائل.

(4) في ظل فرضية نفس البديل ودرجة الاستبدال، تتناسب الطاقة الحرة السطحية لسليلوز الهيدروكسي بروبيل مع الوزن الجزيئي؛ في حين أن الطاقة الحرة السطحية لهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز تتناسب مع درجة الإحلال وتتناسب عكسيا مع الوزن الجزيئي.

(5) عملية أثير السليلوز هي عملية تزداد فيها قوة ليفشيتز-فان دير فالس، وهي أيضًا عملية تنخفض فيها حموضة لويس وتزداد قلوية لويس.