التوليف والخصائص الريولوجية لأثير هيدروكسي إيثيل السليلوز

في وجود محفز قلوي محلي الصنع وهو الهيدروكسي إيثيل الصناعي تم تفاعل السليلوز مع كاشف كاتيونيوم N-(2,3-إيبوكسي بروبيل) ثلاثي ميثيل الأمونيوم (GTA) لتحضير أمونيوم رباعي عالي الاستبدال بالطريقة الجافة من النوع الملحي هيدروكسي إيثيل السليلوز إيثر (اللجنة العليا للانتخابات). تم دراسة تأثيرات نسبة GTA إلى هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC)، ونسبة NaOH إلى HEC، ودرجة حرارة التفاعل، وزمن التفاعل على كفاءة التفاعل باستخدام خطة تجريبية موحدة، وتم الحصول على ظروف العملية الأمثل من خلال مونتي محاكاة كارلو. وتصل كفاءة تفاعل كاشف الأثير الكاتيوني إلى 95% من خلال التحقق التجريبي. وفي الوقت نفسه، تمت مناقشة خصائصه الريولوجية. وأظهرت النتائج أن الحلاللجنة العليا للانتخابات أظهر خصائص السائل غير النيوتوني، وتزداد لزوجته الظاهرية مع زيادة تركيز كتلة المحلول؛ في تركيز معين من محلول الملح، اللزوجة الظاهرةاللجنة العليا للانتخابات ينخفض ​​مع زيادة تركيز الملح المضاف . تحت نفس معدل القص، اللزوجة الظاهرة لاللجنة العليا للانتخابات في نظام حل CaCl2 أعلى من ذلكاللجنة العليا للانتخابات في نظام محلول NaCl

الكلمات الرئيسية:هيدروكسي إيثيلالأثير السليلوز. عملية جافة الخصائص الريولوجية

يتميز السليلوز بخصائص المصادر الغنية، وقابلية التحلل الحيوي، والتوافق الحيوي، وسهولة الاشتقاق، وهو نقطة جذب بحثية في العديد من المجالات. السليلوز الكاتيوني هو أحد أهم ممثلي مشتقات السليلوز. من بين البوليمرات الكاتيونية لمنتجات الحماية الشخصية المسجلة من قبل CTFA التابعة لجمعية صناعة العطور، فإن استهلاكها هو الأول. يمكن استخدامه على نطاق واسع في إضافات تكييف مكيف الشعر، والرقائق، ومثبطات ترطيب الصخر الزيتي وعوامل مكافحة تخثر الدم وغيرها من المجالات.

في الوقت الحاضر، تعد طريقة تحضير إيثر هيدروكسي إيثيل السليلوز رباعي الأمونيوم الكاتيوني طريقة مذيبة، وتتطلب كمية كبيرة من المذيبات العضوية باهظة الثمن، وهي مكلفة وغير آمنة وتلوث البيئة. بالمقارنة مع طريقة المذيبات، فإن الطريقة الجافة لديها المزايا البارزة للعملية البسيطة، وكفاءة التفاعل العالية، والتلوث البيئي الأقل. في هذا البحث تم تحضير اثير السليلوز الكاتيوني بالطريقة الجافة ودراسة سلوكه الريولوجي.

1. الجزء التجريبي

1.1 المواد والكواشف

هيدروكسي إيثيل السليلوز (منتج صناعي HEC، درجة استبداله الجزيئي DS هي 1.8~2.0)؛ كاشف الكاتيون N- (2،3-إيبوكسي بروبيل) كلوريد ثلاثي ميثيل الأمونيوم (GTA)، المحضر من كلوريد الإيبوكسي والبروبان وثلاثي ميثيل أمين يتم تصنيعه ذاتيًا في ظل ظروف معينة؛ محفز قلوي عصامي؛ يعتبر الإيثانول وحمض الأسيتيك الجليدي نقيين من الناحية التحليلية؛ NaCl وKCl وCaCl2 وAlCl3 عبارة عن كواشف نقية كيميائيًا.

1.2 تحضير السليلوز الكاتيوني الأمونيوم الرباعي

أضف 5 جرام من هيدروكسي إيثيل السليلوز وكمية مناسبة من المحفز القلوي محلي الصنع إلى أسطوانة فولاذية أسطوانية مزودة بمحرك، وحركها لمدة 20 دقيقة في درجة حرارة الغرفة؛ ثم أضف كمية معينة من GTA، واستمر في التحريك لمدة 30 دقيقة عند درجة حرارة الغرفة، وتفاعل عند درجة حرارة ووقت معينين، وتم الحصول على منتج خام صلب يعتمد أساسًا عليه. يتم نقع المنتج الخام في محلول إيثانول يحتوي على كمية مناسبة من حمض الأسيتيك، ثم يتم ترشيحه وغسله وتجفيفه بالتفريغ للحصول على مسحوق السليلوز الكاتيوني الأمونيوم الرباعي.

1.3 تحديد جزء كتلة النيتروجين من هيدروكسي إيثيل السليلوز الأمونيوم الرباعي

تم تحديد الجزء الكتلي من النيتروجين في العينات بواسطة طريقة Kjeldahl.

2. التصميم التجريبي وتحسين عملية التخليق الجاف

تم استخدام طريقة التصميم الموحد لتصميم التجربة، وتم دراسة آثار نسبة GTA إلى هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC)، ونسبة NaOH إلى HEC، ودرجة حرارة التفاعل وزمن التفاعل على كفاءة التفاعل.

3. البحث في الخصائص الريولوجية

3.1 تأثير التركيز وسرعة الدوران

أخذ تأثير معدل القص على اللزوجة الظاهرةاللجنة العليا للانتخابات عند تركيزات مختلفة Ds=0.11 كمثال، يمكن ملاحظة أنه مع زيادة معدل القص تدريجيًا من 0.05 إلى 0.5 s-1، فإن اللزوجة الظاهرة لـاللجنة العليا للانتخابات يتناقص المحلول ، خاصة عند 0.05 ~ 0.5s-1 اللزوجة الواضحة انخفضت بشكل حاد من 160MPa·ق إلى 40MPa·s، ترقق القص، مما يدل على أناللجنة العليا للانتخابات أظهر المحلول المائي خصائص ريولوجية غير نيوتونية. إن تأثير إجهاد القص المطبق هو تقليل قوة التفاعل بين جزيئات الطور المشتت. في ظل ظروف معينة، كلما زادت القوة، زادت اللزوجة الظاهرة.

ويمكن ملاحظة ذلك أيضًا من اللزوجة الظاهرة البالغة 3% و4%اللجنة العليا للانتخابات المحاليل المائية التي يكون تركيز كتلتها على التوالي 3% و 4% بمعدلات قص مختلفة. تشير اللزوجة الظاهرة للمحلول إلى أن قدرته على زيادة اللزوجة تزداد مع التركيز. والسبب هو أنه مع زيادة التركيز في نظام المحلول، يحدث التنافر المتبادل بين جزيئات السلسلة الرئيسيةاللجنة العليا للانتخابات وبين السلاسل الجزيئية تزداد، وتزداد اللزوجة الظاهرية.

3.2 تأثير التراكيز المختلفة للملح المضاف

تركيزاللجنة العليا للانتخابات تم تثبيته عند 3%، وتم دراسة تأثير إضافة ملح NaCl على خصائص لزوجة المحلول بمعدلات قص مختلفة.

ويتبين من النتائج أن اللزوجة الظاهرة تتناقص مع زيادة تركيز الملح المضاف، مما يدل على ظاهرة البولي إلكتروليت الواضحة. وذلك لأن جزءًا من Na+ الموجود في المحلول الملحي يرتبط بالأنيوناللجنة العليا للانتخابات سلسلة جانبية. كلما زاد تركيز المحلول الملحي، زادت درجة تحييد أو حماية البوليون بواسطة الأيون المضاد، وتقليل التنافر الكهروستاتيكي، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة شحنة البوليون. ، تنكمش سلسلة البوليمر وتتجعد، ويتناقص التركيز الظاهري.

3.3 تأثير الأملاح المضافة المختلفة على

ويمكن ملاحظة ذلك من خلال تأثير أملاحين مضافتين مختلفتين، Nacl وCaCl2، على اللزوجة الظاهرة للمركب.اللجنة العليا للانتخابات المحلول الذي تقل فيه اللزوجة الظاهرة بإضافة الملح المضاف وبنفس معدل القص تقل اللزوجة الظاهرة للمحلولاللجنة العليا للانتخابات المحلول في نظام محلول CaCl2 اللزوجة الظاهرة أعلى بكثير من تلك الموجودة فياللجنة العليا للانتخابات الحل في نظام محلول NaCl والسبب هو أن ملح الكالسيوم هو أيون ثنائي التكافؤ، ومن الأسهل ربطه بـ Cl- للسلسلة الجانبية المتعددة الإلكتروليت. مزيج من مجموعة الأمونيوم الرباعيةاللجنة العليا للانتخابات مع Cl- يتم تقليله، ويكون التدريع أقل، وتكون كثافة شحنة سلسلة البوليمر أعلى، مما يؤدي إلى أن يكون التنافر الكهروستاتيكي على سلسلة البوليمر أكبر، وتمتد سلسلة البوليمر، وبالتالي تكون اللزوجة الظاهرة أعلى.

4. الاستنتاج

يعد التحضير الجاف للسليلوز الكاتيوني عالي الاستبدال طريقة تحضير مثالية مع عملية بسيطة، وكفاءة تفاعل عالية، وتلوث أقل، ويمكن تجنب الاستهلاك العالي للطاقة، والتلوث البيئي، والسمية الناجمة عن استخدام المذيبات.

يقدم محلول إيثر السليلوز الكاتيوني خصائص السائل غير النيوتوني وله خصائص ترقق القص؛ مع زيادة تركيز كتلة المحلول، تزداد اللزوجة الظاهرية؛ في تركيز معين من محلول الملح،اللجنة العليا للانتخابات وتزداد اللزوجة الظاهرة بزيادة ونقصان. تحت نفس معدل القص، اللزوجة الظاهرة لاللجنة العليا للانتخابات في نظام حل CaCl2 أعلى من ذلكاللجنة العليا للانتخابات في نظام محلول NaCl