Efectes dels substituents i el pes molecular sobre les propietats superficials de l'èter de cel·lulosa no iònic

Segons la teoria de la impregnació de Washburn (teoria de la penetració) i la teoria de la combinació de van Oss-Good-Chaudhury (teoria de la combinació) i l'aplicació de la tecnologia de la metxa columnar (tècnica de la metxa de columna), diversos èters de cel·lulosa no iònics, com la metil cel·lulosa Les propietats superficials de Es van provar cel·lulosa, hidroxipropilcel·lulosa i hidroxipropilmetilcel·lulosa. A causa dels diferents substituents, graus de substitució i pesos moleculars d'aquests èters de cel·lulosa, les seves energies superficials i els seus components són significativament diferents. Les dades mostren que la base de Lewis de l'èter de cel·lulosa no iònic és més gran que l'àcid de Lewis, i el component principal de l'energia lliure superficial és la força de Lifshitz-van der Waals. L'energia superficial de l'hidroxipropil i la seva composició són més grans que la de l'hidroximetil. Sota la premissa del mateix substituent i grau de substitució, l'energia lliure superficial de la hidroxipropil cel·lulosa és proporcional al pes molecular; mentre que l'energia lliure superficial de la hidroxipropil metilcel·lulosa és proporcional al grau de substitució i inversament proporcional al pes molecular. L'experiment també va trobar que l'energia superficial del substituent hidroxipropil i hidroxipropilmetil en l'èter de cel·lulosa no iònic sembla ser més gran que l'energia superficial de la cel·lulosa, i l'experiment demostra que l'energia superficial de la cel·lulosa provada i la seva composició Les dades són coherent amb la literatura.

Paraules clau: èters de cel·lulosa no iònics; substituents i graus de substitució; pes molecular; propietats superficials; tecnologia de metxa

L'èter de cel·lulosa és una gran categoria de derivats de cel·lulosa, que es poden dividir en èters aniònics, catiònics i no iònics segons l'estructura química dels seus substituents èter. L'èter de cel·lulosa també és un dels primers productes investigats i produïts en química de polímers. Fins ara, l'èter de cel·lulosa s'ha utilitzat àmpliament en medicina, higiene, cosmètica i indústria alimentària.

Tot i que els èters de cel·lulosa, com la hidroximetilcel·lulosa, la hidroxipropilcel·lulosa i la hidroxipropilmetilcel·lulosa, s'han produït industrialment i s'han estudiat moltes de les seves propietats, fins ara no s'han informat de la seva energia superficial, propietats àcids reactives als àlcalis. Atès que la majoria d'aquests productes s'utilitzen en un entorn líquid i les característiques de la superfície, especialment les característiques de la reacció àcid-base, probablement afecten el seu ús, és molt necessari estudiar i comprendre les característiques químiques superficials d'aquest èter de cel·lulosa comercial.

Tenint en compte que les mostres de derivats de la cel·lulosa són molt fàcils de canviar amb el canvi de les condicions de preparació, aquest treball utilitza productes comercials com a mostres per caracteritzar la seva energia superficial, i en base a això, la influència dels substituents i els pesos moleculars d'aquests productes a la superfície. s'estudien propietats.

1. Part experimental

1.1 Matèries primeres

L'èter de cel·lulosa no iònic utilitzat en l'experiment és el producte deKIMA CHEMICAL CO.,LTD,. Les mostres no van ser sotmeses a cap tractament abans de la prova.

Tenint en compte que els derivats de la cel·lulosa estan fets de cel·lulosa, les dues estructures són properes i les propietats superficials de la cel·lulosa s'han informat a la literatura, de manera que aquest article utilitza la cel·lulosa com a mostra estàndard. La mostra de cel·lulosa utilitzada tenia el nom en codi C8002 i es va comprar aKIMA, CN. La mostra no va ser sotmesa a cap tractament durant la prova.

Els reactius utilitzats en l'experiment són: etan, diiodometan, aigua desionitzada, formamida, toluè, cloroform. Tots els líquids eren productes analíticament purs, excepte l'aigua que estava disponible comercialment.

1.2 Mètode experimental

En aquest experiment, es va adoptar la tècnica de wicking de la columna i es va tallar una secció (uns 10 cm) d'una pipeta estàndard amb un diàmetre interior de 3 mm com a tub de columna. Poseu 200 mg de mostra en pols al tub de la columna cada vegada, després agiteu-lo perquè quedi uniforme i col·loqueu-lo verticalment al fons del recipient de vidre amb un diàmetre interior d'uns 3 cm, de manera que el líquid es pugui adsorbir espontàniament. Pesar 1 mL del líquid a provar i posar-lo en un recipient de vidre, i registrar el temps d'immersió t i la distància d'immersió X al mateix temps. Tots els experiments es van realitzar a temperatura ambient (25±1°C). Cada dada és la mitjana de tres experiments repetits.

1.3 Càlcul de dades experimentals

La base teòrica per a l'aplicació de la tècnica d'absorció de columna per provar l'energia superficial dels materials en pols és l'equació d'impregnació de Washburn (equació de penetració de Washburn).

1.3.1 Determinació del radi efectiu capil·lar Reff de la mostra mesurada

Quan s'aplica la fórmula d'immersió Washburn, la condició per aconseguir una humectació completa és cos=1. Això vol dir que quan es selecciona un líquid per submergir-lo en un sòlid per aconseguir una condició completament humida, podem calcular el radi efectiu capil·lar Reff de la mostra mesurada provant la distància i el temps d'immersió segons un cas especial de la fórmula d'immersió Washburn.

1.3.2 Càlcul de la força de Lifshitz-van der Waals per a la mostra mesurada

Segons les regles de combinació de van Oss-Chaudhury-Good, la relació entre les reaccions entre líquids i sòlids.

1.3.3 Càlcul de la força àcid-base de Lewis de les mostres mesurades

En general, les propietats àcid-base dels sòlids s'estimen a partir de dades impregnades amb aigua i formamida. Però en aquest article, hem trobat que no hi ha cap problema quan s'utilitza aquest parell de líquids polars per mesurar la cel·lulosa, sinó en la prova de l'èter de cel·lulosa, perquè l'alçada d'immersió del sistema de solució polar d'aigua/formamida en èter de cel·lulosa és massa baixa. , fent molt difícil la gravació del temps. Per tant, es va seleccionar el sistema de solució de toluè/cloroform introduït per Chibowsk. Segons Chibowski, un sistema de solució polar de toluè/cloroform també és una opció. Això es deu al fet que aquests dos líquids tenen una acidesa i alcalinitat molt especials, per exemple, el toluè no té acidesa de Lewis i el cloroform no té alcalinitat de Lewis. Per tal d'apropar les dades obtingudes pel sistema de solució de toluè/cloroform al sistema de solució polar recomanat d'aigua/formamida, utilitzem aquests dos sistemes líquids polars per provar la cel·lulosa al mateix temps i, a continuació, obtenim els coeficients d'expansió o contracció corresponents. abans d'aplicar Les dades obtingudes mitjançant la impregnació d'èter de cel·lulosa amb toluè/cloroform són properes a les conclusions obtingudes per al sistema aigua/formamida. Com que els èters de cel·lulosa es deriven de la cel·lulosa i hi ha una estructura molt similar entre ambdós, aquest mètode d'estimació pot ser vàlid.

1.3.4 Càlcul de l'energia lliure de superfície total

2. Resultats i discussió

2.1 Estàndard de cel·lulosa

Atès que els resultats de les nostres proves sobre mostres estàndard de cel·lulosa van trobar que aquestes dades coincideixen amb les informades a la literatura, és raonable creure que també s'haurien de tenir en compte els resultats de les proves sobre èters de cel·lulosa.

2.2 Resultats de la prova i discussió de l'èter de cel·lulosa

Durant la prova de l'èter de cel·lulosa, és molt difícil registrar la distància i el temps d'immersió a causa de la molt baixa alçada d'immersió de l'aigua i la formamida. Per tant, aquest article tria el sistema de solució de toluè/cloroform com a solució alternativa i estima l'acidesa de Lewis de l'èter de cel·lulosa a partir dels resultats de les proves d'aigua/formamida i toluè/cloroform sobre cel·lulosa i la relació proporcional entre els dos sistemes de solució. i poder alcalí.

Prenent la cel·lulosa com a mostra estàndard, es donen una sèrie de característiques àcid-base dels èters de cel·lulosa. Com que el resultat de la impregnació d'èter de cel·lulosa amb toluè/cloroform es prova directament, és convincent.

Això significa que el tipus i el pes molecular dels substituents afecten les propietats àcid-base de l'èter de cel·lulosa i la relació entre els dos substituents, hidroxipropil i hidroxipropilmetil, sobre les propietats àcid-base de l'èter de cel·lulosa i el pes molecular completament oposat. Però també podria estar relacionat amb el fet que els MP són substituents mixts.

Com que els substituents de MO43 i K8913 són diferents i tenen el mateix pes molecular, per exemple, el substituent del primer és hidroximetil i el substituent del segon és hidroxipropil, però el pes molecular d'ambdós és de 100.000, de manera que també significa que el premissa del mateix pes molecular En aquestes circumstàncies, els S+ i S- del grup hidroximetil poden ser més petits que el grup hidroxipropil. Però el grau de substitució també és possible, perquè el grau de substitució de K8913 és d'uns 3,00, mentre que el de MO43 és només d'1,90.

Com que el grau de substitució i els substituents de K8913 i K9113 són iguals però només el pes molecular és diferent, la comparació entre ambdós mostra que el S+ de la hidroxipropil cel·lulosa disminueix amb l'augment del pes molecular, però S- augmenta al contrari. .

A partir del resum dels resultats de les proves de l'energia superficial de tots els èters de cel·lulosa i els seus components, es pot veure que tant si es tracta de cel·lulosa com d'èter de cel·lulosa, el component principal de la seva energia superficial és la força de Lifshitz-van der Waals, que representa al voltant del 98% ~ 99%. A més, les forces de Lifshitz-van der Waals d'aquests èters de cel·lulosa no iònics (excepte MO43) també són majoritàriament més grans que les de la cel·lulosa, la qual cosa indica que el procés d'eterificació de la cel·lulosa també és un procés d'augment de les forces de Lifshitz-van der Waals. I aquests augments fan que l'energia superficial de l'èter de cel·lulosa sigui més gran que la de la cel·lulosa. Aquest fenomen és molt interessant perquè aquests èters de cel·lulosa s'utilitzen habitualment en la producció de tensioactius. Però les dades són destacables, no només perquè les dades sobre la mostra estàndard de referència provada en aquest experiment són extremadament coherents amb el valor informat a la literatura, les dades sobre la mostra estàndard de referència són extremadament coherents amb el valor informat a la literatura, per exemple: totes aquestes cel·lulosa El SAB dels èters és significativament més petit que el de la cel·lulosa, i això es deu a les seves bases de Lewis molt grans. Sota la premissa del mateix substituent i grau de substitució, l'energia lliure superficial de la hidroxipropil cel·lulosa és proporcional al pes molecular; mentre que l'energia lliure superficial de la hidroxipropil metilcel·lulosa és proporcional al grau de substitució i inversament proporcional al pes molecular.

A més, com que els èters de cel·lulosa tenen un SLW més gran que la cel·lulosa, però ja sabem que la seva dispersibilitat és millor que la cel·lulosa, per la qual cosa es pot considerar preliminarment que el component principal del SLW que constitueix els èters de cel·lulosa no iònics hauria de ser la força de Londres.

3. Conclusió

Els estudis han demostrat que el tipus de substituent, el grau de substitució i el pes molecular tenen una gran influència en l'energia superficial i la composició de l'èter de cel·lulosa no iònic. I aquest efecte sembla tenir la següent regularitat:

(1) S+ de l'èter de cel·lulosa no iònic és més petit que S-.

(2) L'energia superficial de l'èter de cel·lulosa no iònic està dominada per la força de Lifshitz-van der Waals.

(3) El pes molecular i els substituents tenen un efecte sobre l'energia superficial dels èters de cel·lulosa no iònics, però depèn principalment del tipus de substituents.

(4) Sota la premissa del mateix substituent i grau de substitució, l'energia lliure superficial de la hidroxipropil cel·lulosa és proporcional al pes molecular; mentre que l'energia lliure superficial de la hidroxipropil metilcel·lulosa és proporcional al grau de substitució i inversament proporcional al pes molecular.

(5) El procés d'eterificació de la cel·lulosa és un procés en què augmenta la força de Lifshitz-van der Waals, i també és un procés en què l'acidesa de Lewis disminueix i l'alcalinitat de Lewis augmenta.