Свойства на катионен целулозен етер разтвор

Свойствата на разреден разтвор на катионен целулозен етер (kg-30m) с висока плътност (kg-30m) при различни стойности на рН са изследвани с инструмент за разсейване на лазер, от хидродинамичния радиус (rh) под различни ъгли и средния квадратен радиус на въртене RG съотношението към RH отразява, че формата му е неправилна, но близка до сферична. След това, с помощта на реометър, бяха проучени три концентрирани разтвори на катионни целулозни етери с различна плътност на заряда и бяха обсъдени влиянието на концентрацията, стойността на pH и неговата собствена плътност на заряда върху неговите реологични свойства. С увеличаването на концентрацията експонентът на Нютон първо намалява и след това намалява. Настъпва колебание или дори отскок и тиксотропното поведение се осъществява при 3% (масова фракция). Умерената плътност на заряда е полезна за получаване на по-висок вискозитет на нулев срязване и рН има малък ефект върху неговия вискозитет.

Ключови думи:катионен целулозен етер; морфология; нулев вискозитет на срязване; реология

Целулозни производни и техните модифицирани функционални полимери са широко използвани в областта на физиологичните и санитарните продукти, нефтохимикалите, лекарството, храната, продуктите за лична хигиена, опаковките и др. Способност, тя се използва широко в ежедневните химикали, особено шампоаните и може да подобри комбинацията от коса след шампоан. В същото време, поради добрата си съвместимост, той може да се използва в шампоани с два в едно и всичко в едно. Той също има добра перспектива за приложение и привлече вниманието на различни страни. It has been reported in the literature that cellulose derivative solutions exhibit behaviors such as Newtonian fluid, pseudoplastic fluid, thixotropic fluid and viscoelastic fluid with the increase of concentration, but the morphology, rheology and influencing factors of cationic cellulose ether in aqueous solution There are few доклади за изследвания. Този документ се фокусира върху реологичното поведение на кватернерния амониев модифициран целулозен воден разтвор, за да се осигури справка за практическо приложение.

1. Експериментална част

1.1 Суровини

Катионен целулозен етер (kg-30m, jr-30m, LR-30M); Canada Dow Chemical Company Product, предоставен от Procter & Gamble Company Kobe R&D Center в Япония, измерен от Vario El Elemental Analyzer (немска елементарна компания), извадката Съдържанието на азот е съответно 2,7%, 1,8%, 1,0%(плътността на заряда е 1.9 MEQ/G, 1.25 MEQ/G, 0.7 MEQ/G съответно) и той се тества от немския инструмент за разсейване на лазерната светлина ALV-5000E (LLS) измерва теглото си средното молекулно тегло е около 1,64×106g/mol.

1.2 Подготовка на разтвора

Пробата се пречиства чрез филтрация, диализа и сушене на замразяване. Претеглете серия от три количествени проби съответно и добавете стандартен буферен разтвор с рН 4.00, 6.86, 9.18, за да подготвите необходимата концентрация. За да се гарантира, че пробите са напълно разтворени, всички разтвори на проби се поставят върху магнитна бъркалка за 48 часа преди тестване.

1.3 Измерване на разсейване на светлината

Използвайте LLS, за да измервате средното тегло молекулно тегло на пробата в разреден воден разтвор ,, хидродинамичният радиус и коренът среден квадратен радиус на въртене, когато вторият коефициент на вили и различни ъгли) и заключете, че този катионен целулозен етер е в водният разтвор по съотношението му.

1.4 Измерване на вискозитета и реологично изследване

Концентрираният CCE разтвор е проучен от Brookfield RVDV-III+ реометър и се изследва влиянието на концентрацията, плътността на заряда и рН върху реологичните свойства, като вискозитет на пробата. При по -високи концентрации е необходимо да се изследва неговата тиксотропия.

2. Резултати и дискусии

2.1 Изследвания за разсейване на светлината

Поради специалната си молекулна структура е трудно да се съществува под формата на една молекула дори в добър разтворител, но под формата на определени стабилни мицели, клъстери или асоциации.

Когато се наблюдава разреден воден разтвор (~ O.1%) на CCE с поляризиращ микроскоп, под фона на черното кръстосано ортогонално поле се появиха ярки петна и ярки барове. Освен това се характеризира с разсейване на светлината, динамичния хидродинамичен радиус при различни рН и ъгли, средният квадратен радиус на въртене и вторият коефициент на вили, получен от диаграмата на Бери, са изброени в раздел. 1. Графиката на разпределение на функцията на хидродинамичния радиус, получена при концентрация 10-5, е главно един пик, но разпределението е много широко (фиг. 1), което показва, че в системата има асоциации на молекулно ниво и големи агрегати ; Има промени и стойностите на RG/RB са около 0,775, което показва, че формата на CCE в разтвор е близка до сферична, но не е достатъчно обикновена. Ефектът на pH върху RB и RG не е очевиден. Контрата в буферния разтвор взаимодейства с CCE, за да защити заряда на страничната си верига и да го свие, но разликата варира в зависимост от вида на противоиона. Измерването на разсейване на светлината на заредените полимери е податливо на взаимодействие на силата на дълги разстояния и външни смущения, така че има определени грешки и ограничения в характеристиката на LLS. Когато масовата фракция е по -голяма от 0,02%, има предимно неразделни двойни пикове или дори множество пикове в диаграмата на разпределение на RH. С увеличаването на концентрацията RH също се увеличава, което показва, че повече макромолекули са свързани или дори агрегирани. Когато Cao et al. Използвано разсейване на светлината за изследване на кополимера на карбоксиметил целулоза и повърхностно активни макромери, имаше и неразделни двойни пикове, единият от които е между 30 nm и 100 nm, представляващи образуването на мицели на молекулно ниво, а другият пиковият Rh е относително Голямо, което се счита за агрегат, който е подобен на резултатите, определени в този документ.

2.2 Изследвания на реологичното поведение

2.2.1 Ефект от концентрацията:Измерете очевидния вискозитет на разтворите на kg-30m с различни концентрации при различна скорост на срязване и според логаритмичната форма на уравнението на закона за мощността, предложено от Ostwald-Dewaele, когато масовата фракция не надвишава 0,7% и серия от прави линии с линейни коефициенти на корелация са получени по -големи от 0,99. И с увеличаването на концентрацията стойността на експонента на Нютон N намалява (всички по -малко от 1), показвайки очевидна псевдопластична течност. Водени от силата на срязване, макромолекулните вериги започват да се разплитат и ориентират, така че вискозитетът намалява. Когато масовата фракция е по -голяма от 0,7%, коефициентът на линейна корелация на получената права линия намалява (около 0,98) и N започва да се колебае или дори да се издига с увеличаване на концентрацията; Когато масовата фракция достигне 3% (фиг. 2), таблицата, привидният вискозитет първо се увеличава и след това намалява с увеличаването на скоростта на срязване. Тази поредица от явления е различна от докладите на други анионни и катионни полимерни разтвори. Стойността на N се повишава, тоест не-нютоновата собственост е отслабена; Нютоновата течност е вискозна течност, а междумолекулното подхлъзване се случва под действието на срязващо напрежение и тя не може да бъде възстановена; Не-нютоновата течност съдържа възстановима еластична част и невъзстановима вискозна част. При действието на срязване на напрежението се появява необратимо приплъзване между молекулите и в същото време, тъй като макромолекулите са разтегнати и ориентирани със срязването, се образува възстановима еластична част. Когато външната сила бъде отстранена, макромолекулите са склонни да се връщат към оригиналната извита форма, така че стойността на n се повишава нагоре. Концентрацията продължава да се увеличава, за да образува мрежова структура. Когато напрежението на срязване е малко, то няма да бъде унищожено и ще се появи само еластична деформация. По това време еластичността ще бъде сравнително засилена, вискозитетът ще бъде отслабен и стойността на N ще намалее; докато напрежението на срязване постепенно се увеличава по време на процеса на измерване, така и стойността се колебае. Когато масовата фракция достигне 3%, видимият вискозитет първо се увеличава и след това намалява, тъй като малкото срязване насърчава сблъсъка на макромолекулите да образуват големи агрегати, така че вискозитетът се повишава и напрежението на срязване продължава да нарушава агрегатите. , вискозитетът ще намалее отново.

В разследването на тиксотропията задайте скоростта (r/min), за да достигнете желаната y, увеличете скоростта на редовни интервали, докато достигне зададената стойност и след това бързо пада от максималната скорост обратно към първоначалната стойност, за да се получи съответната Напрежението на срязване, връзката му със скоростта на срязване е показана на фиг. 3. Когато масовата фракция е по -малка от 2,5%, нагоре кривата и кривата надолу напълно се припокриват, но когато масовата фракция е 3%, двете линии не По -дълго припокриване и линията надолу изостава, което показва тиксотропия.

Времевата зависимост на напрежението на срязване е известна като реологична резистентност. Реологичната резистентност е характерно поведение на вискоеластичните течности и течности с тиксотропни структури. Установено е, че по -големият Y е на една и съща фракция на масата, толкова по -бързо достига равновесие, а зависимостта от времето е по -малка; При фракция с по -ниска маса (<2%) CCE не показва реологична резистентност. Когато масовата фракция се увеличи до 2,5%, тя показва силна зависимост от времето (фиг. 4) и са необходими около 10 минути, за да се постигне равновесие, докато при 3,0%, времето за равновесие отнема 50 минути. Добрата тиксотропия на системата е благоприятна за практическото приложение.

2.2.2 Ефектът от плътността на заряда:Избрана е логаритмичната форма на емпиричната формула на Спенсър-Дилън, при която вискозитетът на нулев разрез, В е постоянен при една и съща концентрация и различна температура и се увеличава с увеличаването на концентрацията при същата температура. Според уравнението на закона за мощността, прието от Onogi през 1966 г., M е относителната молекулна маса на полимера, A и B са константи, а C е масовата фракция (%). Фиг．5 Трите криви имат очевидни точки на флексиране около 0,6%, тоест има критична маса на масата. Повече от 0,6%, вискозитетът на нулева срязване се увеличава бързо с увеличаването на концентрацията С. Кривите на трите проби с различна плътност на заряда са много близки. За разлика от това, когато масовата фракция е между 0,2% и 0,8%, вискозитетът на нулевата изрязаност на LR пробата с най-малката плътност на заряда е най-голямата, тъй като асоциацията на водородна връзка изисква определен контакт. Следователно плътността на заряда е тясно свързана с това дали макромолекулите могат да бъдат подредени по подреден и компактен начин; Чрез DSC тестването се установява, че LR има слаб пик на кристализация, което показва подходяща плътност на заряда и вискозитетът на нулевия срязване е по-висок при същата концентрация. Когато масовата фракция е по-малка от 0,2%, LR е най-малката, тъй като при разреден разтвор макромолекулите с ниска плътност на заряда са по-склонни да образуват ориентация на бобината, така че вискозитетът с нулев срязване е нисък. Това има добро ръководно значение по отношение на сгъстяването.

2.2.3 ph ефект: Фиг. 6 е резултатът, измерен при различно рН в рамките на 0,05% до 2,5% масово фракция. Има точка на прегъване около 0,45%, но трите криви почти се припокриват, което показва, че рН няма очевиден ефект върху вискозитета на нулевия срязване, което е доста различно от чувствителността на анионния целулозен етер към рН.

3. Заключение

Разреденият воден разтвор на KG-30M се изследва чрез LLS, а полученото хидродинамично разпределение на радиуса е един пик. От ъгловата зависимост и съотношението RG/RB може да се заключи, че формата му е близка до сферична, но не достатъчно редовна. За разтворите на CCE с три плътности на заряда вискозитетът се увеличава с увеличаването на концентрацията, но ловът на Нютон NINCE N първо намалява, след това се колебае и дори се издига; PH има малък ефект върху вискозитета и умерената плътност на заряда може да получи по -висок вискозитет.