Ефекти на заместителите и молекулното тегло върху повърхностните свойства на нейонен целулозен етер

Според теорията за импрегниране на Уошбърн (Теория на проникването) и теорията за комбиниране на ван Ос-Гуд-Чоудхури (Теория на комбинирането) и прилагането на технологията на колонен фитил (Техника на колонно фитилиране), няколко нейонни целулозни етери, като метил целулоза Повърхностните свойства на целулоза, хидроксипропил целулоза и хидроксипропил метилцелулоза бяха тествани. Поради различните заместители, степени на заместване и молекулни тегла на тези целулозни етери, техните повърхностни енергии и техните компоненти са значително различни. Данните показват, че основата на Луис на нейонния целулозен етер е по-голяма от киселината на Луис и основният компонент на повърхностната свободна енергия е силата на Лифшиц-ван дер Ваалс. Повърхностната енергия на хидроксипропила и неговият състав са по-големи от тези на хидроксиметила. При предпоставката за същия заместител и степен на заместване, повърхностната свободна енергия на хидроксипропилцелулозата е пропорционална на молекулното тегло; докато повърхностната свободна енергия на хидроксипропил метилцелулозата е пропорционална на степента на заместване и обратно пропорционална на молекулното тегло. Експериментът също установи, че повърхностната енергия на заместителя хидроксипропил и хидроксипропилметил в нейонния целулозен етер изглежда е по-голяма от повърхностната енергия на целулозата и експериментът доказва, че повърхностната енергия на тестваната целулоза и нейния състав Данните са в съответствие с литературата.

Ключови думи: нейонни целулозни етери; заместители и степени на заместване; молекулно тегло; повърхностни свойства; фитилна технология

Целулозният етер е голяма категория целулозни производни, които могат да бъдат разделени на анионни, катионни и нейонни етери според химическата структура на техните етерни заместители. Целулозният етер също е един от най-ранните продукти, изследвани и произведени в полимерната химия. Досега целулозният етер се използва широко в медицината, хигиената, козметиката и хранително-вкусовата промишленост.

Въпреки че целулозните етери, като хидроксиметилцелулоза, хидроксипропилцелулоза и хидроксипропилметилцелулоза, са произведени промишлено и много от техните свойства са изследвани, тяхната повърхностна енергия, киселинно-алкално-реактивни свойства не са докладвани досега. Тъй като повечето от тези продукти се използват в течна среда и характеристиките на повърхността, особено характеристиките на киселинно-алкалната реакция, вероятно ще повлияят на употребата им, много е необходимо да се проучат и разберат повърхностните химични характеристики на този търговски целулозен етер.

Като се има предвид, че пробите от целулозни производни са много лесни за промяна с промяната на условията на приготвяне, тази статия използва търговски продукти като проби за характеризиране на тяхната повърхностна енергия и въз основа на това влиянието на заместителите и молекулните тегла на такива продукти върху повърхността свойства се изучават.

1. Експериментална част

1.1 Суровини

Нейонният целулозен етер, използван в експеримента, е продукт наKIMA CHEMICAL CO., LTD,. Пробите не са били подложени на никаква обработка преди тестването.

Като се има предвид, че целулозните производни са направени от целулоза, двете структури са близки и повърхностните свойства на целулозата са докладвани в литературата, така че тази статия използва целулоза като стандартна проба. Използваната целулозна проба е с кодово име C8002 и е закупена отКИМА, CN. Пробата не е подложена на никаква обработка по време на теста.

Реагентите, използвани в експеримента са: етан, дийодометан, дейонизирана вода, формамид, толуен, хлороформ. Всички течности са аналитично чисти продукти, с изключение на водата, която се предлага в търговската мрежа.

1.2 Експериментален метод

В този експеримент беше възприета техниката на изпичане на колоната и секция (около 10 cm) от стандартна пипета с вътрешен диаметър 3 mm беше изрязана като тръба на колоната. Поставете 200 mg прахообразна проба в епруветката на колоната всеки път, след това я разклатете, за да стане равномерна и я поставете вертикално на дъното на стъкления съд с вътрешен диаметър около 3 cm, така че течността да може да се адсорбира спонтанно. Претеглете 1 ml от течността за изпитване и я поставете в стъклен съд, като едновременно с това запишете времето на потапяне t и разстоянието на потапяне X. Всички експерименти бяха проведени при стайна температура (25±1°В). Всяка информация е средната стойност от три повторени експеримента.

1.3 Изчисляване на експериментални данни

Теоретичната основа за прилагането на техниката на колонна фитилация за тестване на повърхностната енергия на прахообразни материали е уравнението за импрегниране на Washburn (уравнение за проникване на Washburn).

1.3.1 Определяне на капилярния ефективен радиус Reff на измерената проба

При прилагане на формулата за потапяне на Washburn условието за постигане на пълно омокряне е cos=1. Това означава, че когато е избрана течност за потапяне в твърдо вещество, за да се постигне напълно мокро състояние, можем да изчислим капилярния ефективен радиус Reff на измерената проба чрез тестване на разстоянието и времето на потапяне съгласно специален случай на формулата за потапяне на Уошбърн.

1.3.2 Изчисляване на силата на Lifshitz-van der Waals за измерената проба

Съгласно правилата за комбиниране на van Oss-Chaudhury-Good, връзката между реакциите между течности и твърди вещества.

1.3.3 Изчисляване на киселинно-алкалната сила на Люис на измерените проби

Като цяло, киселинно-алкалните свойства на твърдите вещества се оценяват от данни, импрегнирани с вода и формамид. Но в тази статия открихме, че няма проблем при използването на тази двойка полярни течности за измерване на целулоза, но при теста с целулозен етер, тъй като височината на потапяне на полярната разтворителна система от вода/формамид в целулозен етер е твърде ниска , което прави много трудно записването на времето. Следователно беше избрана системата за разтвор на толуен/хлороформ, въведена от Chibowsk. Според Чибовски, система с полярен разтвор толуен/хлороформ също е опция. Това е така, защото тези две течности имат много специална киселинност и алкалност, например толуенът няма киселинност по Люис, а хлороформът няма алкалност по Луис. За да се доближат данните, получени от системата за разтвор на толуен/хлороформ, до препоръчителната система с полярен разтвор вода/формамид, ние използваме тези две полярни течни системи за тестване на целулоза едновременно и след това получаваме съответните коефициенти на разширение или свиване преди нанасяне. Данните, получени чрез импрегниране на целулозен етер с толуен/хлороформ, са близки до заключенията, получени за системата вода/формамид. Тъй като целулозните етери се получават от целулоза и има много подобна структура между двете, този метод за оценка може да е валиден.

1.3.4 Изчисляване на общата повърхностна свободна енергия

2. Резултати и дискусия

2.1 Целулозен стандарт

Тъй като резултатите от нашите тестове на целулозни стандартни проби установиха, че тези данни са в добро съответствие с тези, докладвани в литературата, разумно е да се смята, че резултатите от тестовете на целулозни етери също трябва да бъдат взети предвид.

2.2 Резултати от тестове и обсъждане на целулозен етер

По време на изпитването на целулозен етер е много трудно да се запише разстоянието и времето на потапяне поради много ниската височина на потапяне на вода и формамид. Следователно тази статия избира системата от разтвори толуен/хлороформ като алтернативно решение и оценява киселинността на Луис на целулозен етер въз основа на резултатите от теста на вода/формамид и толуен/хлороформ върху целулоза и пропорционалната връзка между двете системи разтвори. и алкална сила.

Като се вземе целулозата като стандартна проба, се дават серия от киселинно-алкални характеристики на целулозните етери. Тъй като резултатът от импрегниране на целулозен етер с толуен/хлороформ е директно тестван, той е убедителен.

Това означава, че видът и молекулното тегло на заместителите влияят върху киселинно-алкалните свойства на целулозния етер и връзката между двата заместителя, хидроксипропил и хидроксипропилметил, върху киселинно-алкалните свойства на целулозния етер и молекулното тегло е напълно противоположна. Но това също може да бъде свързано с факта, че MP са смесени заместители.

Тъй като заместителите на MO43 и K8913 са различни и имат еднакво молекулно тегло, например, заместителят на първия е хидроксиметил, а заместителят на втория е хидроксипропил, но молекулното тегло и на двата е 100 000, така че това също означава, че помещение със същото молекулно тегло. При тези обстоятелства S+ и S- на хидроксиметиловата група могат да бъдат по-малки от хидроксипропиловата група. Но степента на заместване също е възможна, тъй като степента на заместване на K8913 е около 3,00, докато тази на MO43 е само 1,90.

Тъй като степента на заместване и заместителите на K8913 и K9113 са еднакви, но само молекулното тегло е различно, сравнението между двете показва, че S+ на хидроксипропилцелулозата намалява с увеличаването на молекулното тегло, но S- се увеличава напротив. .

От обобщението на резултатите от изпитването на повърхностната енергия на всички целулозни етери и техните компоненти може да се види, че независимо дали е целулоза или целулозен етер, основният компонент на тяхната повърхностна енергия е силата на Лифшиц-ван дер Ваалс, отчитаща около 98%~99%. Освен това, силите на Лифшиц-ван дер Ваалс на тези нейонни целулозни етери (с изключение на MO43) също са предимно по-големи от тези на целулозата, което показва, че процесът на етерификация на целулозата също е процес на увеличаване на силите на Лифшиц-ван дер Ваалс. И тези увеличения водят до по-голяма повърхностна енергия на целулозния етер от тази на целулозата. Това явление е много интересно, тъй като тези целулозни етери обикновено се използват в производството на повърхностноактивни вещества. Но данните са забележителни, не само защото данните за референтната стандартна проба, тествана в този експеримент, са изключително съвместими със стойността, докладвана в литературата, данните за референтната стандартна проба са изключително съвместими със стойността, докладвана в литературата, за пример: всички тези целулоза SAB на етери е значително по-малък от този на целулозата и това се дължи на техните много големи бази на Луис. При предпоставката за същия заместител и степен на заместване, повърхностната свободна енергия на хидроксипропилцелулозата е пропорционална на молекулното тегло; докато повърхностната свободна енергия на хидроксипропил метилцелулозата е пропорционална на степента на заместване и обратно пропорционална на молекулното тегло.

В допълнение, тъй като целулозните етери имат по-голям SLW от целулозата, но ние вече знаем, че тяхната диспергируемост е по-добра от целулозата, така че може да се счита предварително, че основният компонент на SLW, съставляващ нейонни целулозни етери, трябва да бъде силата на Лондон.

3. Заключение

Проучванията показват, че видът на заместителя, степента на заместване и молекулното тегло оказват голямо влияние върху повърхностната енергия и състава на нейонния целулозен етер. И този ефект изглежда има следната закономерност:

(1) S+ на нейонния целулозен етер е по-малък от S-.

(2) Повърхностната енергия на нейонния целулозен етер е доминирана от силата на Лифшиц-ван дер Ваалс.

(3) Молекулното тегло и заместителите оказват влияние върху повърхностната енергия на нейонните целулозни етери, но това зависи главно от вида на заместителите.

(4) При предпоставката за същия заместител и степен на заместване, повърхностната свободна енергия на хидроксипропилцелулозата е пропорционална на молекулното тегло; докато повърхностната свободна енергия на хидроксипропил метилцелулозата е пропорционална на степента на заместване и обратно пропорционална на молекулното тегло.

(5) Процесът на етерификация на целулозата е процес, при който силата на Лифшиц-ван дер Ваалс се увеличава, и също така е процес, при който киселинността на Луис намалява и алкалността на Луис се увеличава.