Уплыў замяшчальнікаў і малекулярнай масы на ўласцівасці паверхні неіённага эфіру цэлюлозы

У адпаведнасці з тэорыяй насычэння Уошберна (тэорыя пранікнення) і тэорыяй камбінацыі ван Оса-Гуда-Чаўдхуры (тэорыя аб'яднання) і прымяненнем тэхналогіі калоннага кнота (тэхніка калонкі), некаторыя неіённыя эфіры цэлюлозы, такія як метылавая цэлюлоза. цэлюлоза, гидроксипропилцеллюлоза і гидроксипропилметилцеллюлоза былі выпрабаваныя. З-за розных замяшчальнікаў, ступені замяшчэння і малекулярнай масы гэтых простых эфіраў цэлюлозы іх павярхоўная энергія і іх кампаненты значна адрозніваюцца. Дадзеныя паказваюць, што аснова Льюіса неіённага эфіру цэлюлозы большая, чым кіслата Льюіса, а асноўным кампанентам павярхоўнай свабоднай энергіі з'яўляецца сіла Ліфшыца-ван дэр Ваальса. Павярхоўная энергія гидроксипропила і яго склад больш, чым у гидроксиметила. Пры наяўнасці аднолькавага намесніка і ступені замяшчэння павярхоўная свабодная энергія гідраксіпрапілцэлюлозы прапарцыйная малекулярнай масе; у той час як павярхоўная свабодная энергія гидроксипропилметилцеллюлозы прапарцыйная ступені замяшчэння і зваротна прапарцыйная малекулярнай масе. Эксперымент таксама выявіў, што павярхоўная энергія гідраксіпрапіла і гідраксіпрапілметыла ў неіённым эфіры цэлюлозы, здаецца, большая, чым павярхоўная энергія цэлюлозы, і эксперымент даказвае, што павярхоўная энергія доследнай цэлюлозы і яе склад. адпавядае літаратуры.

Ключавыя словы: неионные эфіры цэлюлозы; замяшчальнікі і ступені замяшчэння; малекулярная маса; ўласцівасці паверхні; кнот тэхналогіі

Эфір цэлюлозы - гэта вялікая катэгорыя вытворных цэлюлозы, якія можна падзяліць на аніённыя, катыённыя і неіённыя простыя эфіры ў адпаведнасці з хімічнай структурай іх эфірных заменнікаў. Эфір цэлюлозы таксама з'яўляецца адным з самых ранніх прадуктаў, даследаваных і вырабленых у хіміі палімераў. Да гэтага часу эфір цэлюлозы знайшоў шырокае прымяненне ў медыцыне, гігіене, касметычнай і харчовай прамысловасці.

Нягледзячы на ​​тое, што простыя эфіры цэлюлозы, такія як гідраксіметылцэлюлоза, гідраксіпрапілцэлюлоза і гідраксіпрапілметылцэлюлоза, вырабляюцца прамысловым спосабам і многія з іх уласцівасцей вывучаны, іх павярхоўная энергія, кіслотна-шчолачныя ўласцівасці да гэтага часу не паведамляліся. Паколькі большасць з гэтых прадуктаў выкарыстоўваецца ў вадкім асяроддзі, і характарыстыкі паверхні, асабліва характарыстыкі кіслотна-шчолачнай рэакцыі, могуць уплываць на іх выкарыстанне, вельмі неабходна вывучыць і зразумець хімічныя характарыстыкі паверхні гэтага камерцыйнага эфіру цэлюлозы.

Улічваючы, што ўзоры вытворных цэлюлозы вельмі лёгка змяняць пры змене ўмоў падрыхтоўкі, у гэтай працы выкарыстоўваюцца камерцыйныя прадукты ў якасці ўзораў для характарыстыкі іх павярхоўнай энергіі, і на падставе гэтага ўплыву замяшчальнікаў і малекулярных мас такіх прадуктаў на паверхню уласцівасцяў вывучаецца.

1. Эксперыментальная частка

1.1 Сыравіна

Неіённы эфір цэлюлозы, які выкарыстоўваецца ў эксперыменце, з'яўляецца прадуктамKIMA CHEMICAL CO., LTD,. Узоры перад тэставаннем не падвяргаліся ніякай апрацоўцы.

Улічваючы, што вытворныя цэлюлозы вырабляюцца з цэлюлозы, гэтыя дзве структуры блізкія, а ўласцівасці паверхні цэлюлозы апісваюцца ў літаратуры, таму ў гэтай працы ў якасці стандартнага ўзору выкарыстоўваецца цэлюлоза. Выкарыстаны ўзор цэлюлозы меў кодавую назву C8002 і быў набыты ўКІМА, CN. Узор не падвяргаўся ніякай апрацоўцы падчас тэсту.

Рэагенты, якія выкарыстоўваюцца ў эксперыменце: этан, дийодметан, деионизированная вада, формамид, талуол, хлараформ. Усе вадкасці былі аналітычна чыстымі прадуктамі, за выключэннем вады, якая была камерцыйна даступнай.

1.2 Эксперыментальны метад

У гэтым эксперыменце была прынятая тэхніка калонкі, і частка (каля 10 см) стандартнай піпеткі з унутраным дыяметрам 3 мм была выразана ў якасці трубкі калонкі. Кожны раз пакладзеце 200 мг парашкападобнага ўзору ў прабірку-калонку, затым падтрасіце яго, каб зрабіць яго роўным, і пастаўце вертыкальна на дно шкляной ёмістасці з унутраным дыяметрам каля 3 см, каб вадкасць магла адсарбавацца самаадвольна. Узважце 1 мл доследнай вадкасці, пакладзеце яе ў шкляны посуд і адначасова запішыце час апускання t і адлегласць апускання X. Усе эксперыменты праводзіліся пры пакаёвай тэмпературы (25±1°C). Кожныя дадзеныя ўяўляюць сабой сярэдняе значэнне трох паўторных эксперыментаў.

1.3 Разлік эксперыментальных дадзеных

Тэарэтычнай асновай для прымянення метаду ўвільгатнення калоны для праверкі павярхоўнай энергіі парашковых матэрыялаў з'яўляецца ўраўненне насычэння Уошберна (раўнанне пранікнення Уошберна).

1.3.1 Вызначэнне эфектыўнага радыуса капіляра Reff вымяранага ўзору

Пры ўжыванні формулы апускання па Уошберну ўмовай дасягнення поўнага змочвання з'яўляецца cos=1. Гэта азначае, што калі вадкасць выбрана для апускання ў цвёрдае цела для дасягнення цалкам вільготнага стану, мы можам вылічыць капілярны эфектыўны радыус Reff вымяранага ўзору, выпрабоўваючы адлегласць і час апускання ў адпаведнасці з асаблівым выпадкам формулы апускання Уошберна.

1.3.2 Разлік сілы Ліфшыца-ван дэр Ваальса для вымеранага ўзору

У адпаведнасці з правіламі аб'яднання ван Оса-Чаўдхуры-Гуда, сувязь паміж рэакцыямі паміж вадкасцямі і цвёрдымі рэчывамі.

1.3.3 Разлік кіслотна-шчолачнай сілы Льюіса вымераных узораў

У цэлым кіслотна-шчолачныя ўласцівасці цвёрдых цел ацэньваюцца па дадзеных, прасякнутых вадой і фармамідам. Але ў гэтым артыкуле мы выявілі, што няма праблем пры выкарыстанні гэтай пары палярных вадкасцей для вымярэння цэлюлозы, але ў тэсце эфіру цэлюлозы, таму што вышыня апускання палярнай сістэмы раствора вада/фармамід у эфіры цэлюлозы занадта нізкая , што вельмі ўскладняе запіс часу. Такім чынам, была абраная сістэма раствора талуол/хлараформ, прадстаўленая Чыбоўскім. Па словах Чыбоўскага, сістэма палярнага раствора талуол/хлараформ таксама з'яўляецца варыянтам. Гэта адбываецца таму, што гэтыя дзве вадкасці маюць асаблівыя кіслотнасць і шчолачнасць, напрыклад, талуол не мае кіслотнасці Льюіса, а хлараформ не мае шчолачнасці Льюіса. Каб наблізіць даныя, атрыманыя з дапамогай сістэмы раствораў талуол/хлараформ, да рэкамендаванай сістэмы палярных раствораў вада/фармамід, мы выкарыстоўваем гэтыя дзве палярныя вадкасныя сістэмы для адначасовага тэставання цэлюлозы, а затым атрымліваем адпаведныя каэфіцыенты пашырэння або скарачэння. перад нанясеннем Дадзеныя, атрыманыя шляхам насычэння эфіру цэлюлозы талуолам/хлараформам, блізкія да высноваў, атрыманых для сістэмы вада/фармамід. Паколькі эфіры цэлюлозы атрымліваюцца з цэлюлозы і паміж імі існуе вельмі падобная структура, гэты метад ацэнкі можа быць сапраўдным.

1.3.4 Разлік агульнай павярхоўнай свабоднай энергіі

2. Вынікі і іх абмеркаванне

2.1 Стандарт цэлюлозы

Паколькі вынікі нашых выпрабаванняў на стандартных узорах цэлюлозы паказалі, што гэтыя дадзеныя добра адпавядаюць дадзеным, прадстаўленым у літаратуры, разумна меркаваць, што вынікі выпрабаванняў эфіраў цэлюлозы таксама варта ўлічваць.

2.2 Вынікі выпрабаванняў і абмеркаванне эфіру цэлюлозы

Падчас выпрабаванні эфіру цэлюлозы вельмі цяжка запісаць адлегласць і час апускання з-за вельмі нізкай вышыні апускання вады і фармаміду. Такім чынам, у гэтай працы ў якасці альтэрнатыўнага рашэння абраная сістэма раствораў талуол/хлараформ і ацэнка кіслотнасці Льюіса эфіру цэлюлозы на аснове вынікаў выпрабаванняў вады/фармаміду і талуолу/хлараформу на цэлюлозе і прапарцыйнай залежнасці паміж двума сістэмамі раствораў. і шчолачная сіла.

Узяўшы за стандартны ўзор цэлюлозу, прыведзены шэраг кіслотна-асноўных характарыстык эфіраў цэлюлозы. Паколькі вынік насычэння эфіру цэлюлозы талуолам/хлараформам непасрэдна правераны, ён пераканаўчы.

Гэта азначае, што тып і малекулярная маса замяшчальнікаў ўплываюць на кіслотна-шчолачныя ўласцівасці эфіру цэлюлозы, а ўзаемасувязь паміж двума замяшчальнікамі, гидроксипропилом і гидроксипропилметилом, на кіслотна-асноўныя ўласцівасці эфіру цэлюлозы і малекулярную масу цалкам супрацьлеглая. Але гэта таксама можа быць звязана з тым, што дэпутаты з'яўляюцца змешанымі намеснікамі.

Паколькі намеснікі MO43 і K8913 розныя і маюць аднолькавую малекулярную масу, напрыклад, намеснікам першага з'яўляецца гідраксіметыл, а намеснікам апошняга з'яўляецца гідраксіпрапіл, але малекулярная маса абодвух складае 100 000, таму гэта таксама азначае, што перадумова аднолькавай малекулярнай масы. У гэтых умовах S+ і S- гидроксиметильной групы могуць быць меншымі, чым гидроксипропильной групы. Але ступень замяшчэння таксама магчымая, таму што ступень замяшчэння K8913 складае каля 3,00, а MO43 - толькі 1,90.

Паколькі ступень замяшчэння і замяшчальнікі K8913 і K9113 аднолькавыя, але адрозніваецца толькі малекулярная маса, параўнанне паміж імі паказвае, што S+ гідраксіпрапілцэлюлозы памяншаецца з павелічэннем малекулярнай масы, а S-, наадварот, павялічваецца. .

Са зводкі вынікаў выпрабаванняў павярхоўнай энергіі ўсіх простых эфіраў цэлюлозы і іх кампанентаў відаць, што незалежна ад таго, ці з'яўляецца гэта цэлюлоза або эфір цэлюлозы, асноўным кампанентам іх павярхоўнай энергіі з'яўляецца сіла Ліфшыца-ван дэр Ваальса з улікам каля 98%~99%. Больш за тое, сілы Ліфшыца-ван дэр Ваальса гэтых неіённых эфіраў цэлюлозы (за выключэннем MO43) таксама ў асноўным большыя, чым сілы цэлюлозы, што паказвае на тое, што працэс этэрыфікацыі цэлюлозы таксама з'яўляецца працэсам павелічэння сіл Ліфшыца-ван дэр Ваальса. І гэтыя павелічэнні прыводзяць да таго, што павярхоўная энергія эфіру цэлюлозы больш, чым у цэлюлозы. Гэта з'ява вельмі цікавая, таму што гэтыя эфіры цэлюлозы звычайна выкарыстоўваюцца ў вытворчасці павярхоўна-актыўных рэчываў. Але гэтыя дадзеныя вартыя ўвагі не толькі таму, што дадзеныя аб эталонным стандартным узоры, пратэставаным у гэтым эксперыменце, надзвычай адпавядаюць значэнню, пазначанаму ў літаратуры, дадзеныя аб эталоннаму стандартнаму ўзоры надзвычай адпавядаюць значэнню, пазначанаму ў літаратуры, бо прыклад: усе гэтыя цэлюлоза SAB эфіраў значна меншы, чым у цэлюлозы, і гэта звязана з іх вельмі вялікімі асновамі Льюіса. Пры наяўнасці аднолькавага намесніка і ступені замяшчэння павярхоўная свабодная энергія гідраксіпрапілцэлюлозы прапарцыйная малекулярнай масе; у той час як павярхоўная свабодная энергія гидроксипропилметилцеллюлозы прапарцыйная ступені замяшчэння і зваротна прапарцыйная малекулярнай масе.

Акрамя таго, паколькі простыя эфіры цэлюлозы маюць большы СЛВ, чым цэлюлоза, але мы ўжо ведаем, што іх диспергируемость лепш, чым у цэлюлозы, таму можна папярэдне лічыць, што асноўным кампанентам СЛВ, якія складаюць неионные эфіры цэлюлозы, павінна быць сіла Лондана.

3. Заключэнне

Даследаванні паказалі, што тып замяшчальніка, ступень замяшчэння і малекулярная маса аказваюць вялікі ўплыў на павярхоўную энергію і склад неіённага эфіру цэлюлозы. І гэты эфект, здаецца, мае наступную заканамернасць:

(1) S+ неіённага эфіру цэлюлозы меншы за S-.

(2) У павярхоўнай энергіі неіённага эфіру цэлюлозы дамінуе сіла Ліфшыца-ван дэр Ваальса.

(3) Малекулярная маса і замяшчальнікі ўплываюць на павярхоўную энергію неіённых простых эфіраў цэлюлозы, але ў асноўным гэта залежыць ад тыпу замяшчальнікаў.

(4) Пры наяўнасці аднолькавага замяшчальніка і ступені замяшчэння павярхоўная свабодная энергія гідраксіпрапілцэлюлозы прапарцыйная малекулярнай масе; у той час як павярхоўная свабодная энергія гидроксипропилметилцеллюлозы прапарцыйная ступені замяшчэння і зваротна прапарцыйная малекулярнай масе.

(5) Працэс этэрыфікацыі цэлюлозы - гэта працэс, у якім павялічваецца сіла Ліфшыца-ван дэр Ваальса, і гэта таксама працэс, у якім кіслотнасць Льюіса зніжаецца, а шчолачнасць Льюіса павялічваецца.