Kationik selüloz efir məhlulunun xassələri

Müxtəlif pH dəyərlərində yüksək yüklü sıxlıqlı kationik sellüloza efirinin (KG-30M) seyreltilmiş məhlul xassələri, müxtəlif bucaqlarda hidrodinamik radiusdan (Rh) və fırlanmanın orta kvadrat radiusundan lazer səpələyici alətlə tədqiq edilmişdir. Rg Rh nisbəti onun formasının nizamsız, lakin sferik formaya yaxın olduğunu göstərir. Sonra reometrin köməyi ilə müxtəlif yük sıxlıqlarına malik olan kation selüloz efirlərinin üç qatılaşdırılmış məhlulu ətraflı tədqiq edilmiş, onun reoloji xassələrinə konsentrasiyanın, pH dəyərinin və özünün yük sıxlığının təsiri müzakirə edilmişdir. Konsentrasiya artdıqca Nyutonun göstəricisi əvvəlcə azaldı, sonra azaldı. Dəyişmə və ya hətta rebound baş verir və tiksotrop davranış 3% (kütləvi pay) baş verir. Orta yük sıxlığı daha yüksək sıfır kəsici özlülük əldə etmək üçün faydalıdır və pH onun özlülüyünə az təsir göstərir.

Açar sözlər:katyonik selüloz efiri; morfologiya; sıfır kəsici özlülük; reologiya

Sellüloza törəmələri və onların dəyişdirilmiş funksional polimerləri fizioloji və sanitariya məhsulları, neft-kimya, tibb, qida, fərdi qulluq məhsulları, qablaşdırma və s. sahələrdə geniş istifadə edilmişdir. qabiliyyəti, gündəlik kimyəvi maddələrdə, xüsusən də şampunlarda geniş istifadə olunur və şampunlamadan sonra saçın taranmasını yaxşılaşdıra bilər. Eyni zamanda, yaxşı uyğunluğuna görə, ikisi birdə və hamısı birdə şampunlarda istifadə edilə bilər. O, həmçinin yaxşı tətbiq perspektivinə malikdir və müxtəlif ölkələrin diqqətini cəlb etmişdir. Ədəbiyyatda bildirilmişdir ki, sellüloz törəmə məhlulları konsentrasiyanın artması ilə Nyuton mayesi, psevdoplastik maye, tiksotrop maye və özlü elastik maye kimi davranışlar nümayiş etdirir, lakin sulu məhlulda kationik sellüloza efirinin morfologiyası, reologiyası və təsir edən amilləri azdır. tədqiqat hesabatları. Bu yazı praktiki tətbiq üçün istinad təmin etmək üçün dördüncü ammonium modifikasiya edilmiş sellüloza sulu məhlulunun reoloji davranışına diqqət yetirir.

1. Eksperimental hissə

1.1 Xammal

Katyonik selüloz efiri (KG-30M, JR-30M, LR-30M); Yaponiyada Procter & Gamble Company Kobe R&D Center tərəfindən təmin edilən Kanada Dow Chemical Company məhsulu, Vario EL elemental analizatoru (Alman Elemental Şirkəti) ilə ölçülmüş nümunədə azotun tərkibi müvafiq olaraq 2,7%, 1,8%, 1,0% təşkil edir (yük sıxlığı Müvafiq olaraq 1,9 Meq/q, ​​1,25 Meq/q, ​​0,7 Meq/q) və Alman ALV-5000E lazer işığı səpmə cihazı (LLS) tərəfindən sınaqdan keçirilmişdir, onun çəkisi orta molekulyar çəkisi təxminən 1,64-dür.×106 q/mol.

1.2 Məhlulun hazırlanması

Nümunə filtrasiya, dializ və dondurularaq qurudulmaqla təmizlənmişdir. Müvafiq olaraq üç kəmiyyət nümunəsi seriyasını çəkin və tələb olunan konsentrasiyanı hazırlamaq üçün pH 4.00, 6.86, 9.18 olan standart bufer məhlulu əlavə edin. Nümunələrin tam həll olmasını təmin etmək üçün bütün nümunə məhlulları sınaqdan əvvəl 48 saat ərzində maqnit qarışdırıcıya yerləşdirildi.

1.3 İşığın səpilməsinin ölçülməsi

Seyreltilmiş sulu məhlulda nümunənin çəki-orta molekulyar çəkisini, ikinci Villi əmsalı və müxtəlif bucaqlar olduqda hidrodinamik radiusu və kök orta kvadrat radiusunu ölçmək üçün LLS-dən istifadə edin və bu kationik selüloz efirinin nisbət statusuna görə sulu məhlul.

1.4 Özlülüyün ölçülməsi və reoloji tədqiqi

Konsentratlaşdırılmış CCE məhlulu Brookfield RVDV-III+ reometri ilə tədqiq edilmiş və konsentrasiyanın, yük sıxlığının və pH dəyərinin nümunənin özlülüyü kimi reoloji xassələrə təsiri tədqiq edilmişdir. Daha yüksək konsentrasiyalarda onun tiksotropiyasını araşdırmaq lazımdır.

2. Nəticələr və müzakirə

2.1 İşığın səpilməsi üzrə tədqiqatlar

Xüsusi molekulyar quruluşa görə, hətta yaxşı bir həlledicidə də tək molekul şəklində, lakin müəyyən sabit misellər, çoxluqlar və ya assosiasiyalar şəklində mövcud olmaq çətindir.

CCE-nin seyreltilmiş sulu məhlulu (~o.1%) qütbləşdirici mikroskopla müşahidə edildikdə, qara çarpaz ortoqonal sahənin fonunda "ulduz" parlaq ləkələri və parlaq çubuqlar meydana çıxdı. Daha sonra işığın səpilməsi ilə xarakterizə olunur, müxtəlif pH və bucaqlarda dinamik hidrodinamik radius, fırlanmanın kök orta kvadrat radiusu və Berry diaqramından əldə edilən ikinci Villi əmsalı Tabda verilmişdir. 1. 10-5 konsentrasiyada alınan hidrodinamik radius funksiyasının paylanma qrafiki əsasən tək pikdir, lakin paylanması çox genişdir (şək. 1), sistemdə molekulyar səviyyəli assosiasiyaların və böyük aqreqatların olduğunu göstərir. ; Dəyişikliklər var və Rg/Rb dəyərləri 0,775 ətrafındadır, bu da məhluldakı CCE formasının sferik formaya yaxın olduğunu, lakin kifayət qədər müntəzəm olmadığını göstərir. pH-nin Rb və Rg-yə təsiri açıq deyil. Bufer məhlulundakı əks ion yan zəncirindəki yükü qorumaq və onu kiçmək üçün CCE ilə qarşılıqlı əlaqə qurur, lakin fərq əks-ion növünə görə dəyişir. Yüklənmiş polimerlərin işığın səpilməsinin ölçülməsi uzun məsafəli qüvvələrin qarşılıqlı təsirinə və xarici müdaxiləyə həssasdır, buna görə də LLS xarakteristikasında müəyyən səhvlər və məhdudiyyətlər var. Kütləvi pay 0,02% -dən çox olduqda, Rh paylama diaqramında əsasən ayrılmaz ikiqat zirvələr və ya hətta çoxlu zirvələr var. Konsentrasiya artdıqca, Rh da artır, daha çox makromolekulun əlaqəli olduğunu və ya hətta birləşdiyini göstərir. Zaman Cao et al. karboksimetilselülozun və səthi aktiv makromerlərin kopolimerini öyrənmək üçün işığın səpilməsindən istifadə etmişlər, həmçinin ayrılmaz ikiqat zirvələr var idi, onlardan biri molekulyar səviyyədə misellərin əmələ gəlməsini ifadə edən 30nm ilə 100nm arasında idi, digəri isə pik Rh nisbətən aqreqat hesab edilən böyük, bu işdə müəyyən edilmiş nəticələrə oxşardır.

2.2 Reoloji davranış üzrə tədqiqatlar

2.2.1 Konsentrasiyanın təsiri:Müxtəlif konsentrasiyalı KG-30M məhlullarının görünən özlülüyünü müxtəlif kəsmə sürətlərində və Ostwald-Dewaele tərəfindən təklif olunan güc qanunu tənliyinin loqarifmik formasına əsasən, kütlə payı 0,7%-dən çox olmadıqda və bir sıra düz xətlərlə ölçün. 0,99-dan çox xətti korrelyasiya əmsalları ilə əldə edilmişdir. Konsentrasiya artdıqca, Nyutonun n eksponentinin dəyəri azalır (hamısı 1-dən kiçik), aşkar psevdoplastik mayeni göstərir. Kəsmə qüvvəsi ilə makromolekulyar zəncirlər açılmağa və istiqamətlənməyə başlayır, beləliklə özlülük azalır. Kütləvi pay 0,7% -dən çox olduqda, alınan düz xəttin xətti korrelyasiya əmsalı azalır (təxminən 0,98), konsentrasiyanın artması ilə n dalğalanmağa və ya hətta yüksəlməyə başlayır; kütlə payı 3%-ə çatdıqda (şək. 2), cədvəl Görünən özlülük əvvəlcə artır, sonra kəsmə sürətinin artması ilə azalır. Bu hadisələr silsiləsi digər anion və katyonik polimer məhlullarının hesabatlarından fərqlidir. n dəyəri yüksəlir, yəni qeyri-Nyuton xüsusiyyəti zəifləyir; Nyuton mayesi özlü mayedir və kəsmə gərginliyinin təsiri altında molekullararası sürüşmə baş verir və onu bərpa etmək mümkün deyil; qeyri-Nyuton mayesi bərpa edilə bilən elastik hissə və bərpa olunmayan özlü hissədən ibarətdir. Kəsmə gərginliyinin təsiri altında molekullar arasında geri dönməz sürüşmə baş verir və eyni zamanda, makromolekullar dartılmış və kəsiklə istiqamətləndiyi üçün bərpa olunan elastik hissə əmələ gəlir. Xarici qüvvə aradan qaldırıldıqda, makromolekullar orijinal bükülmüş formaya qayıtmağa meyllidirlər, buna görə də n dəyəri yüksəlir. Şəbəkə strukturu yaratmaq üçün konsentrasiya artmağa davam edir. Kəsmə gərginliyi kiçik olduqda, o, məhv edilməyəcək və yalnız elastik deformasiya baş verəcəkdir. Bu zaman elastiklik nisbətən güclənəcək, özlülük zəifləyəcək və n dəyəri azalacaq; ölçmə prosesi zamanı kəsilmə gərginliyi tədricən artdığı halda n Qiymət dəyişir. Kütləvi pay 3%-ə çatdıqda, görünən özlülük əvvəlcə artır, sonra isə azalır, çünki kiçik kəsmə böyük aqreqatlar əmələ gətirmək üçün makromolekulların toqquşmasını təşviq edir, buna görə də özlülük yüksəlir və kəsmə gərginliyi aqreqatları parçalamağa davam edir. , özlülük yenidən azalacaq.

Tiksotropiyanın tədqiqində, istədiyiniz y-ə çatmaq üçün sürəti (d/dəq) təyin edin, müəyyən edilmiş dəyərə çatana qədər sürəti müntəzəm olaraq artırın və sonra müvafiq sürəti əldə etmək üçün tez bir zamanda maksimum sürətdən ilkin dəyərə endirin. Kəsmə gərginliyi, onun kəsilmə sürəti ilə əlaqəsi Şəkil 3-də göstərilmişdir. Kütləvi pay 2,5% -dən az olduqda yuxarı əyri ilə aşağı əyri tamamilə üst-üstə düşür, lakin kütlə payı 3% olduqda, iki xətt yox. daha uzun üst-üstə düşür və aşağıya doğru xətt geridə qalır, tiksotropiyanı göstərir.

Kəsmə gərginliyinin zamandan asılılığı reoloji müqavimət kimi tanınır. Reoloji müqavimət özlü elastik mayelərin və tiksotrop strukturlu mayelərin xarakterik davranışıdır. Müəyyən edilmişdir ki, y nə qədər böyükdürsə, eyni kütlə payında olarsa, r bir o qədər tez tarazlığa çatır, zamandan asılılıq isə daha kiçikdir; daha aşağı kütlə payında (<2%), CCE reoloji müqavimət göstərmir. Kütləvi pay 2,5%-ə yüksəldikdə zamandan güclü asılılıq göstərir (şək. 4) və tarazlığa çatmaq üçün təxminən 10 dəqiqə, 3,0%-də isə tarazlıq müddəti 50 dəqiqə çəkir. Sistemin yaxşı tiksotropiyası praktik tətbiq üçün əlverişlidir.

2.2.2 Yük sıxlığının təsiri:Spenser-Dillon empirik düsturunun loqarifmik forması seçilir ki, burada sıfır kəsilmiş özlülük, b eyni konsentrasiyada və müxtəlif temperaturda sabitdir və eyni temperaturda konsentrasiyanın artması ilə artır. 1966-cı ildə Onogi tərəfindən qəbul edilmiş güc qanunu tənliyinə görə M polimerin nisbi molekulyar kütləsi, A və B sabitlər, c isə kütlə payıdır (%). Şek.5 Üç əyrinin 0,6% ətrafında aşkar əyilmə nöqtələri var, yəni kritik kütlə payı var. 0,6% -dən çox, sıfır kəsmə özlülüyü konsentrasiyanın artması ilə sürətlə artır C. Müxtəlif yük sıxlığı olan üç nümunənin əyriləri çox yaxındır. Bunun əksinə olaraq, kütlə payı 0,2% ilə 0,8% arasında olduqda, ən kiçik yük sıxlığına malik LR nümunəsinin sıfır kəsilmiş özlülüyü ən böyükdür, çünki hidrogen rabitəsi birliyi müəyyən bir əlaqə tələb edir. Buna görə də yük sıxlığı makromolekulların nizamlı və yığcam şəkildə düzülə bilməsi ilə sıx bağlıdır; DSC testi vasitəsilə LR-nin zəif kristallaşma zirvəsinə malik olduğu, uyğun bir yük sıxlığını ifadə etdiyi və sıfır kəsici özlülüyünün eyni konsentrasiyada daha yüksək olduğu müəyyən edilmişdir. Kütləvi pay 0,2% -dən az olduqda, LR ən kiçikdir, çünki seyreltilmiş məhlulda yük sıxlığı az olan makromolekulların rulon oriyentasiyası meydana gəlmə ehtimalı daha yüksəkdir, buna görə də sıfır kəsici özlülük aşağıdır. Bu qalınlaşdırma performansı baxımından yaxşı istiqamətləndirici əhəmiyyətə malikdir.

2.2.3 pH effekti: Şəkil 6, 0,05%-dən 2,5%-ə qədər kütlə payı diapazonunda müxtəlif pH-da ölçülən nəticədir. 0,45% ətrafında əyilmə nöqtəsi var, lakin üç əyri demək olar ki, üst-üstə düşür, bu onu göstərir ki, pH sıfır kəsici özlülüyünə açıq-aşkar təsir göstərmir, bu da anion sellüloza efirinin pH-a həssaslığından tamamilə fərqlidir.

3. Nəticə

KG-30M seyreltilmiş sulu məhlul LLS tərəfindən öyrənilir və əldə edilən hidrodinamik radius paylanması tək pikdir. Bucaqdan asılılıqdan və Rg/Rb nisbətindən belə nəticə çıxarmaq olar ki, onun forması sferik formaya yaxındır, lakin kifayət qədər müntəzəm deyil. Üç yük sıxlığı olan CCE məhlulları üçün konsentrasiyanın artması ilə özlülük artır, lakin Nyutonun ov sayı n əvvəlcə azalır, sonra dalğalanır və hətta yüksəlir; pH özlülüyə az təsir edir və orta yük sıxlığı daha yüksək özlülük əldə edə bilər.