Уласцівасці раствора катыённага эфіру цэлюлозы

Уласцівасці разведзенага раствора катыённага эфіру цэлюлозы з высокай шчыльнасцю зарада (KG-30M) пры розных значэннях pH вывучаліся з дапамогай прыбора лазернага рассейвання па гідрадынамічным радыусе (Rh) пад рознымі вугламі і сярэднеквадратычнаму радыусу кручэння. Rg Стаўленне да Rh паказвае, што яго форма няправільная, але блізкая да сферычнай. Затым з дапамогай реометра былі дэталёва даследаваны тры канцэнтраваных раствора катыённых эфіраў цэлюлозы з рознай шчыльнасцю зарада і абмеркаваны ўплыў канцэнтрацыі, значэння рн і ўласнай шчыльнасці зарада на яго рэалагічныя ўласцівасці. Па меры павелічэння канцэнтрацыі паказчык ступені Ньютана спачатку памяншаўся, а потым памяншаўся. Адбываюцца ваганні або нават адскок, і тыксатропныя паводзіны ўзнікаюць пры 3% (масавая доля). Умераная шчыльнасць зарада карысная для атрымання больш высокай глейкасці пры нулявым зруху, а pH мала ўплывае на глейкасць.

Ключавыя словы:катыённы эфір цэлюлозы; марфалогія; глейкасць пры нулявым зруху; рэалогіі

Вытворныя цэлюлозы і іх мадыфікаваныя функцыянальныя палімеры шырока выкарыстоўваюцца ў галіне фізіялагічных і санітарна-гігіенічных прадуктаў, нафтахіміі, медыцыны, прадуктаў харчавання, сродкаў асабістай гігіены, упакоўкі і г.д. здольнасць, ён шырока выкарыстоўваецца ў штодзённых хімікатах, асабліва шампуні, і можа палепшыць расчэсваннем валасоў пасля мыцця галавы. У той жа час, дзякуючы добрай сумяшчальнасці, яго можна выкарыстоўваць як у шампунях «два ў адным», так і ў «усё ў адным». Ён таксама мае добрую перспектыву прымянення і прыцягнуў увагу розных краін. У літаратуры паведамлялася, што растворы вытворных цэлюлозы дэманструюць такія паводзіны, як ньютанаўская вадкасць, псеўдапластычная вадкасць, тыксатропная вадкасць і вязкапругкая вадкасць з павелічэннем канцэнтрацыі, але марфалогіі, рэалогіі і фактараў, якія ўплываюць на катыённы эфір цэлюлозы ў водным растворы, мала. даследчыя справаздачы. Гэты артыкул прысвечаны рэалагічных паводзінам воднага раствора цэлюлозы, мадыфікаванай чацвярцічным амоніем, з мэтай забеспячэння эталона для практычнага прымянення.

1. Эксперыментальная частка

1.1 Сыравіна

Катыённы эфір цэлюлозы (КГ-30М, ЖР-30М, ЛР-30М); Прадукт Canada Dow Chemical Company, прадастаўлены Procter & Gamble Company Kobe R&D Center у Японіі, вымераны элементарным аналізатарам Vario EL (German Elemental Company), узор. Утрыманне азоту складае 2,7%, 1,8%, 1,0% адпаведна (шчыльнасць зарада роўная 1,9 Мэкв/г, 1,25 Мэкв/г, 0,7 Мэкв/г адпаведна), і ён пратэставаны нямецкім прыборам рассейвання лазернага святла ALV-5000E (LLS), які вымераў, што яго сярэдневагавая малекулярная маса складае каля 1,64×106 г/моль.

1.2 Падрыхтоўка раствора

Узор быў ачышчаны шляхам фільтрацыі, дыялізу і сублимационной сушкі. Узважце серыю з трох колькасных узораў адпаведна і дадайце стандартны буферны раствор з pH 4,00, 6,86, 9,18, каб прыгатаваць неабходную канцэнтрацыю. Для таго каб пераканацца, што ўзоры цалкам раствараюцца, усе растворы ўзораў змяшчаюць на магнітную мешалку на 48 гадзін перад тэставаннем.

1.3 Вымярэнне рассейвання святла

Выкарыстоўвайце LLS, каб вымераць сярэднемасавую малекулярную масу ўзору ў разведзеным водным растворы, гідрадынамічны радыус і сярэднеквадратычны радыус кручэння пры другім каэфіцыенце Вілі і розных вуглах), і зрабіць выснову, што гэты катыённы эфір цэлюлозы знаходзіцца ў водны раствор па яго суадносінах.

1.4 Вымярэнне глейкасці і рэалагічныя даследаванні

Канцэнтраваны раствор CCE даследаваўся з дапамогай рэометра Brookfield RVDV-III+, а таксама даследаваўся ўплыў канцэнтрацыі, шчыльнасці зарада і значэння pH на рэалагічныя ўласцівасці, такія як глейкасць узору. Пры больш высокіх канцэнтрацыях неабходна даследаваць яго тыксатрапію.

2. Вынікі і абмеркаванне

2.1 Даследаванне рассейвання святла

З-за сваёй асаблівай малекулярнай будовы нават у добрым растваральніку цяжка існаваць у выглядзе адной малекулы, а ў выглядзе пэўных стабільных міцэл, кластараў або асацыяцый.

Калі разведзены водны раствор (~0,1%) CCE назіраўся з дапамогай палярызацыйнага мікраскопа, на фоне артаганальнага поля чорнага крыжа з'яўляліся яркія плямы «зоркі» і яркія палоскі. Акрамя таго, ён характарызуецца рассейваннем святла, дынамічным гідрадынамічным радыусам пры розных рн і кутах, сярэднеквадратычным радыусам кручэння і другім каэфіцыентам Вілі, атрыманым з дыяграмы Бэры, пералічаны ў табл. 1. Графік размеркавання функцыі гідрадынамічнага радыуса, атрыманы пры канцэнтрацыі 10-5, у асноўным уяўляе сабой адзін пік, але размеркаванне вельмі шырокае (мал. 1), што сведчыць аб наяўнасці ў сістэме асацыяцый на малекулярным узроўні і буйных агрэгатаў ; Ёсць змены, і ўсе значэнні Rg/Rb складаюць каля 0,775, што сведчыць аб тым, што форма CCE у растворы блізкая да сферычнай, але недастаткова правільная. Уплыў pH на Rb і Rg не відавочны. Процііён у буферным растворы ўзаемадзейнічае з CCE, каб экранаваць зарад на яго бакавым ланцугу і прымусіць яго скарачацца, але розніца залежыць ад тыпу процііёна. Вымярэнне рассейвання святла зараджаных палімераў успрымальна да ўзаемадзеяння сіл на вялікай адлегласці і знешняга ўмяшання, таму існуюць пэўныя памылкі і абмежаванні ў характарыстыках LLS. Калі масавая доля больш за 0,02%, на дыяграме размеркавання рэзус-фактара прысутнічаюць у асноўным непадзельныя двайныя пікі ці нават некалькі пікаў. Па меры павелічэння канцэнтрацыі рэзус таксама павялічваецца, што сведчыць аб тым, што большая колькасць макрамалекул звязана або нават агрэгавана. Калі Цао і інш. выкарыстаў рассейванне святла для вывучэння супалімера карбоксиметилцеллюлозы і павярхоўна-актыўных макрамераў, былі таксама непадзельныя двайныя пікі, адзін з якіх быў паміж 30 нм і 100 нм, што адлюстроўвае адукацыю міцэл на малекулярным узроўні, а другі пік Rh адносна вялікі, які лічыцца сукупнасцю, што падобна да вынікаў, вызначаных у гэтым артыкуле.

2.2 Даследаванне реологіческіх паводзін

2.2.1 Эфект канцэнтрацыі:Вымерайце відавочную глейкасць раствораў KG-30M з рознымі канцэнтрацыямі пры розных хуткасцях зруху і ў адпаведнасці з лагарыфмічнай формай ступенчатага ўраўнення, прапанаванага Оствальдам-Дэвайле, калі масавая доля не перавышае 0,7 %, і серыі прамых ліній з лінейнымі каэфіцыентамі карэляцыі больш за 0,99 былі атрыманы. І па меры павелічэння канцэнтрацыі значэнне паказчыка ступені Ньютана n памяншаецца (усё менш за 1), паказваючы відавочную псеўдапластычную вадкасць. Пад дзеяннем сілы зруху макрамалекулярныя ланцугі пачынаюць разблытвацца і арыентавацца, таму глейкасць памяншаецца. Пры масавай долі больш за 0,7% лінейны каэфіцыент карэляцыі атрыманай прамой памяншаецца (каля 0,98), а n пачынае вагацца або нават расці з павелічэннем канцэнтрацыі; калі масавая доля дасягае 3% (мал. 2), табліца Ўяўная глейкасць спачатку расце, а затым памяншаецца з павелічэннем хуткасці зруху. Гэтая серыя з'яў адрозніваецца ад справаздач аб іншых аніённых і катыённых палімерных растворах. Значэнне n павышаецца, гэта значыць, неньютоновская ўласцівасць аслабляецца; Ньютанаўская вадкасць - глейкая вадкасць, і міжмалекулярнае слізгаценне адбываецца пад дзеяннем напружання зруху, і яно не можа быць адноўлена; неньютанаўская вадкасць змяшчае пругкую частку, якую можна аднавіць, і вязкую частку, якую нельга аднавіць. Пад дзеяннем напружання зруху адбываецца незваротнае слізгаценне паміж малекуламі, і ў той жа час, паколькі макрамалекулы расцягваюцца і арыентуюцца са зрухам, утвараецца аднаўляемая эластычная частка. Калі знешняя сіла здымаецца, макрамалекулы імкнуцца вярнуцца да зыходнай скручанай формы, таму значэнне n расце. Канцэнтрацыя працягвае павялічвацца, каб сфармаваць сеткавую структуру. Калі напружанне зруху невялікае, яно не будзе разбурана, і адбудзецца толькі пругкая дэфармацыя. У гэты час эластычнасць будзе адносна ўзмоцнена, глейкасць будзе аслаблена, а значэнне n паменшыцца; у той час як напружанне зруху паступова павялічваецца ў працэсе вымярэння, таму n Значэнне вагаецца. Калі масавая доля дасягае 3%, уяўная глейкасць спачатку павялічваецца, а потым памяншаецца, таму што невялікі зрух спрыяе сутыкненню макрамалекул з утварэннем буйных агрэгатаў, таму глейкасць расце, а напружанне зруху працягвае разбураць агрэгаты. , глейкасць зноў знізіцца.

Пры даследаванні тыксатрапіі ўсталюйце хуткасць (а/хв), каб дасягнуць жаданага y, павялічвайце хуткасць праз рэгулярныя прамежкі часу, пакуль яна не дасягне зададзенага значэння, а затым хутка апусціцеся ад максімальнай хуткасці да першапачатковага значэння, каб атрымаць адпаведнае Напружанне зруху, яго ўзаемасувязь са хуткасцю зруху паказана на мал. 3. Калі масавая доля менш за 2,5%, крывая ўверх і сыходная крывая цалкам перакрываюцца, але калі масавая доля складае 3%, дзве лініі не даўжэй перакрываюцца, а лінія ўніз адстае, што паказвае на тыксатрапію.

Часавая залежнасць напружання зруху вядомая як рэалагічнае супраціў. Рэалагічная стойкасць - гэта характарыстыка паводзін вязкапругкіх вадкасцей і вадкасцей з тыксатропнай структурай. Устаноўлена, што чым больш y пры аднолькавай масавай долі, тым хутчэй r дасягае раўнавагі, і залежнасць ад часу меншая; пры меншай масавай долі (<2%) CCE не праяўляе рэалагічнай стойкасці. Калі масавая доля ўзрастае да 2,5%, яна паказвае моцную залежнасць ад часу (мал. 4), і для дасягнення раўнавагі патрабуецца каля 10 хвілін, у той час як пры 3,0% час раўнавагі займае 50 хвілін. Добрая тыксатропнасць сістэмы спрыяе практычнаму прымяненню.

2.2.2 Уплыў шчыльнасці зарада:абраная лагарыфмічная форма эмпірычнай формулы Спенсера-Дылона, у якой глейкасць нулявога зрэзу b з'яўляецца пастаяннай пры аднолькавай канцэнтрацыі і рознай тэмпературы і павялічваецца з павелічэннем канцэнтрацыі пры той жа тэмпературы. У адпаведнасці са ступеневым ураўненнем, прынятым Оногі ў 1966 г., М — адносная малекулярная маса палімера, А і В — канстанты, с — масавая доля (%). Мал.5 Тры крывыя маюць відавочныя кропкі перагіну каля 0,6%, гэта значыць, існуе крытычная масавая доля. Больш за 0,6%, глейкасць пры нулявым зруху хутка ўзрастае з павелічэннем канцэнтрацыі C. Крывыя трох узораў з рознай шчыльнасцю зарада вельмі блізкія. Наадварот, калі масавая доля складае ад 0,2% да 0,8%, глейкасць нулявога зніжэння ўзору LR з найменшай шчыльнасцю зарада з'яўляецца найбольшай, таму што асацыяцыя вадароднай сувязі патрабуе пэўнага кантакту. Такім чынам, шчыльнасць зарада цесна звязана з тым, ці можна макрамалекулы размясціць упарадкавана і кампактна; з дапамогай тэсціравання DSC выяўлена, што LR мае слабы пік крышталізацыі, што паказвае на прыдатную шчыльнасць зарада, а глейкасць пры нулявым зруху вышэй пры той жа канцэнтрацыі. Калі масавая доля складае менш за 0,2%, LR з'яўляецца найменшай, таму што ў разведзеным растворы макрамалекулы з нізкай шчыльнасцю зарада часцей утвараюць арыентацыю спіралі, таму глейкасць пры нулявым зруху нізкая. Гэта мае добрае арыенціровачнае значэнне з пункту гледжання прадукцыйнасці згушчэння.

2.2.3 Эфект pH: Мал. 6 - гэта вынік, вымераны пры розных значэннях pH у дыяпазоне ад 0,05% да 2,5% масавай долі. Існуе кропка перагіну каля 0,45%, але тры крывыя амаль перакрываюцца, што паказвае на тое, што pH не аказвае відавочнага ўплыву на глейкасць пры нулявым зруху, якая значна адрозніваецца ад адчувальнасці аніённага эфіру цэлюлозы да pH.

3. Заключэнне

Разведзены водны раствор KG-30M вывучаецца LLS, і атрыманае размеркаванне гідрадынамічнага радыуса ўяўляе сабой адзін пік. Па вугловай залежнасці і суадносінах Rg/Rb можна зрабіць выснову, што яго форма блізкая да сферычнай, але недастаткова правільная. Для раствораў CCE з трыма шчыльнасцямі зарада глейкасць расце з павелічэннем канцэнтрацыі, але лік палявання Ньютана n спачатку памяншаецца, потым вагаецца і нават расце; pH мала ўплывае на глейкасць, і ўмераная шчыльнасць зарада можа атрымаць больш высокую глейкасць.