Učinci supstituenata i molekularne težine na površinska svojstva nejonskog etera celuloze

Prema Washburnovoj teoriji impregnacije (Teorija prodiranja) i Van Oss-Good-Chaudhuryjevoj teoriji kombinacije (Teorija kombiniranja) i primjeni tehnologije stubnog fitilja (Column Wicking Technique), nekoliko nejonskih etera celuloze, kao što je metil celuloza. Površinska svojstva testirane su celuloza, hidroksipropil celuloza i hidroksipropil metilceluloza. Zbog različitih supstituenata, stepena supstitucije i molekulske mase ovih etera celuloze, njihove površinske energije i komponente su značajno različite. Podaci pokazuju da je Lewisova baza nejonskog etera celuloze veća od Lewisove kiseline, a glavna komponenta površinske slobodne energije je Lifshitz-van der Waalsova sila. Površinska energija hidroksipropila i njegov sastav su veći od one hidroksimetila. Pod pretpostavkom istog supstituenta i stepena supstitucije, površinska slobodna energija hidroksipropil celuloze je proporcionalna molekulskoj težini; dok je površinska slobodna energija hidroksipropil metilceluloze proporcionalna stepenu supstitucije i obrnuto proporcionalna molekulskoj težini. Eksperimentom je također utvrđeno da je površinska energija supstituenta hidroksipropila i hidroksipropilmetila u nejonskom etru celuloze veća od površinske energije celuloze, a eksperiment dokazuje da je površinska energija ispitivane celuloze i njen sastav Podaci su u skladu sa literaturom.

Ključne riječi: nejonski eteri celuloze; supstituenti i stupnjevi supstitucije; molekularna težina; svojstva površine; tehnologija fitilja

Eter celuloze je velika kategorija derivata celuloze, koji se prema hemijskoj strukturi njihovih eterskih supstituenata mogu podeliti na anionske, kationske i nejonske etre. Eter celuloze je također jedan od najranijih proizvoda istraženih i proizvedenih u hemiji polimera. Do sada se celulozni etar široko koristio u medicini, higijeni, kozmetici i prehrambenoj industriji.

Iako su eteri celuloze, kao što su hidroksimetilceluloza, hidroksipropilceluloza i hidroksipropilmetilceluloza, proizvedeni industrijski i mnoga od njihovih svojstava su proučavana, njihova površinska energija, kiselinsko-reaktivna svojstva do sada nisu prijavljena. Budući da se većina ovih proizvoda koristi u tečnom okruženju, a površinske karakteristike, posebno karakteristike kiselinsko-bazne reakcije, vjerovatno će utjecati na njihovu upotrebu, vrlo je potrebno proučiti i razumjeti površinske kemijske karakteristike ovog komercijalnog etera celuloze.

S obzirom na to da se uzorci derivata celuloze vrlo lako mijenjaju promjenom uvjeta pripreme, u ovom radu se kao uzorci koriste komercijalni proizvodi za karakterizaciju njihove površinske energije, a na osnovu toga se utvrđuje utjecaj supstituenata i molekulske mase takvih proizvoda na površinu. svojstva se proučavaju.

1. Eksperimentalni dio

1.1 Sirovine

Nejonski eter celuloze korišten u eksperimentu je proizvodKIMA CHEMICAL CO.,LTD,. Uzorci nisu bili podvrgnuti nikakvom tretmanu prije testiranja.

S obzirom na to da su derivati ​​celuloze napravljeni od celuloze, te su dvije strukture bliske, a površinska svojstva celuloze su opisana u literaturi, pa se u ovom radu kao standardni uzorak koristi celuloza. Korišteni uzorak celuloze bio je kodnog naziva C8002 i kupljen je odKIMA, CN. Uzorak nije bio podvrgnut nikakvom tretmanu tokom testa.

Reagensi korišteni u eksperimentu su: etan, dijodometan, deionizirana voda, formamid, toluen, hloroform. Sve tečnosti su bile analitički čisti proizvodi osim vode koja je bila komercijalno dostupna.

1.2 Eksperimentalna metoda

U ovom eksperimentu je usvojena tehnika usisavanja u koloni i kao cijev za kolonu izrezan je dio (oko 10 cm) standardne pipete s unutrašnjim prečnikom od 3 mm. Svaki put stavite 200 mg praškastog uzorka u epruvetu sa kolonom, zatim je protresite da se ujednači i postavite okomito na dno staklene posude unutrašnjeg prečnika od oko 3 cm, tako da se tečnost može spontano adsorbovati. Izvagajte 1 mL tekućine koju treba testirati i stavite u staklenu posudu te istovremeno zabilježite vrijeme potapanja t i rastojanje uranjanja X. Svi eksperimenti su izvedeni na sobnoj temperaturi (25±1°C). Svaki podatak je prosjek tri ponovljena eksperimenta.

1.3 Proračun eksperimentalnih podataka

Teorijska osnova za primjenu tehnike propuštanja u koloni za ispitivanje površinske energije praškastih materijala je Washburnova jednačina impregnacije (Washburnova jednačina penetracije).

1.3.1 Određivanje kapilarnog efektivnog radijusa Reff izmjerenog uzorka

Prilikom primjene Washburn imersion formule, uvjet za postizanje potpunog vlaženja je cos=1. To znači da kada se tečnost odabere da se uroni u čvrstu materiju kako bi se postiglo potpuno vlažno stanje, možemo izračunati kapilarni efektivni radijus Reff izmjerenog uzorka testiranjem udaljenosti i vremena uranjanja prema posebnom slučaju Washburnove formule za uranjanje.

1.3.2 Proračun Lifshitz-van der Waalsove sile za izmjereni uzorak

Prema van Oss-Chaudhury-Goodovim pravilima kombinovanja, odnos između reakcija između tečnosti i čvrstih materija.

1.3.3 Proračun Lewisove kiselinsko-bazne sile izmjerenih uzoraka

Općenito, kiselinsko-bazna svojstva čvrstih tvari procjenjuju se na osnovu podataka impregniranih vodom i formamidom. Ali u ovom članku smo otkrili da nema problema kada se koristi ovaj par polarnih tečnosti za merenje celuloze, već u testu celuloznog etra, jer je visina uranjanja sistema polarnog rastvora voda/formamida u etru celuloze preniska. , što otežava snimanje vremena. Stoga je odabran sistem rastvora toluen/hloroform koji je uveo Chibowsk. Prema Chibowskom, sistem polarnog rastvora toluen/hloroform je takođe opcija. To je zato što ove dvije tekućine imaju vrlo posebnu kiselost i alkalnost, na primjer, toluen nema Luisovu kiselost, a kloroform nema Luisovu alkalnost. Da bismo podatke dobijene sistemom rastvora toluen/kloroform približili preporučenom sistemu polarnog rastvora voda/formamid, koristimo ova dva polarna tečna sistema za istovremeno testiranje celuloze, a zatim dobijamo odgovarajuće koeficijente ekspanzije ili kontrakcije pre nanošenja Podaci dobijeni impregnacijom celuloznog etra toluenom/hloroformom bliski su zaključcima dobijenim za sistem voda/formamid. Budući da su eteri celuloze izvedeni iz celuloze i da postoji vrlo slična struktura između njih, ova metoda procjene može biti valjana.

1.3.4 Proračun ukupne površinske slobodne energije

2. Rezultati i diskusija

2.1 Standard celuloze

Budući da su naši rezultati ispitivanja na standardnim uzorcima celuloze otkrili da se ovi podaci dobro slažu s onima navedenim u literaturi, razumno je vjerovati da treba uzeti u obzir i rezultate ispitivanja etera celuloze.

2.2 Rezultati ispitivanja i diskusija o celuloznom etru

Tokom ispitivanja celuloznog etra, vrlo je teško zabilježiti udaljenost i vrijeme uranjanja zbog vrlo niske visine uranjanja vode i formamida. Stoga se u ovom radu kao alternativno rješenje odabire sistem rastvora toluen/hloroform i procenjuje Luisova kiselost celuloznog etra na osnovu rezultata ispitivanja voda/formamida i toluena/hloroforma na celulozi i proporcionalnog odnosa između dva sistema rastvora. i alkalne snage.

Uzimajući celulozu kao standardni uzorak, dat je niz kiselinsko-baznih karakteristika celuloznih etera. Budući da je rezultat impregniranja etera celuloze toluenom/kloroformom direktno testiran, uvjerljiv je.

To znači da vrsta i molekulska težina supstituenata utječu na kiselo-bazna svojstva celuloznog etera, a odnos između dva supstituenta, hidroksipropil i hidroksipropilmetil, na kiselo-bazna svojstva celuloznog etra i molekulsku težinu potpuno suprotnu. Ali to bi moglo biti povezano i sa činjenicom da su poslanici mješoviti supstituenti.

Budući da su supstituenti MO43 i K8913 različiti i imaju istu molekulsku težinu, na primjer, supstituent prvog je hidroksimetil, a supstituent drugog je hidroksipropil, ali molekulska težina oba je 100.000, tako da to također znači da pretpostavka iste molekulske težine Pod ovim okolnostima, S+ i S- hidroksimetil grupe mogu biti manji od hidroksipropilne grupe. Ali stepen supstitucije je takođe moguć, jer je stepen supstitucije K8913 oko 3,00, dok je stepen zamene MO43 samo 1,90.

Budući da su stepen supstitucije i supstituenti K8913 i K9113 isti, ali je samo molekulska masa različita, poređenje između njih pokazuje da S+ hidroksipropil celuloze opada sa povećanjem molekularne mase, ali S- raste naprotiv. .

Iz sažetka rezultata ispitivanja površinske energije svih celuloznih etera i njihovih komponenti, može se vidjeti da je, bilo da se radi o celulozi ili celuloznom etru, glavna komponenta njihove površinske energije Lifshitz-van der Waalsova sila, koja računa oko 98%~99%. Štaviše, Lifshitz-van der Waalsove sile ovih nejonskih etera celuloze (osim MO43) su također uglavnom veće od onih kod celuloze, što ukazuje da je proces eterifikacije celuloze također proces povećanja Lifshitz-van der Waalsovih sila. A ova povećanja dovode do toga da je površinska energija celuloznog etera veća od energije celuloze. Ovaj fenomen je vrlo interesantan jer se ovi eteri celuloze najčešće koriste u proizvodnji surfaktanata. Ali podaci su vrijedni pažnje, ne samo zato što su podaci o referentnom standardnom uzorku testiranom u ovom eksperimentu izuzetno konzistentni s vrijednostima objavljenim u literaturi, podaci o referentnom standardnom uzorku su izuzetno konzistentni s vrijednostima objavljenim u literaturi, jer primjer: sve ove celuloze SAB etera je znatno manji od celuloze, a to je zbog njihovih vrlo velikih Lewisovih baza. Pod pretpostavkom istog supstituenta i stepena supstitucije, površinska slobodna energija hidroksipropil celuloze je proporcionalna molekulskoj težini; dok je površinska slobodna energija hidroksipropil metilceluloze proporcionalna stepenu supstitucije i obrnuto proporcionalna molekulskoj težini.

Osim toga, budući da eteri celuloze imaju veće SLW od celuloze, ali već znamo da je njihova disperzibilnost bolja od celuloze, pa se preliminarno može smatrati da bi glavna komponenta SLW-a koji čine nejonski eteri celuloze trebala biti Londonska sila.

3. Zaključak

Istraživanja su pokazala da vrsta supstituenta, stepen supstitucije i molekulska masa imaju veliki uticaj na površinsku energiju i sastav nejonskog etra celuloze. I čini se da ovaj efekat ima sljedeću pravilnost:

(1) S+ nejonskog etra celuloze je manji od S-.

(2) Površinskom energijom nejonskog etra celuloze dominira Lifshitz-van der Waalsova sila.

(3) Molekulska težina i supstituenti utiču na površinsku energiju nejonskih etera celuloze, ali to uglavnom zavisi od vrste supstituenata.

(4) Pod pretpostavkom istog supstituenta i stepena supstitucije, površinska slobodna energija hidroksipropil celuloze je proporcionalna molekulskoj težini; dok je površinska slobodna energija hidroksipropil metilceluloze proporcionalna stepenu supstitucije i obrnuto proporcionalna molekulskoj težini.

(5) Proces eterifikacije celuloze je proces u kojem se povećava Lifshitz-van der Waalsova sila, a također je i proces u kojem se smanjuje Lewisova kiselost i povećava Luisova alkalnost.