Mga Kinaiya sa Cationic Cellulose Ether Solution

Ang dilute solution properties sa high-charge-density cationic cellulose ether (KG-30M) sa lain-laing pH value gitun-an gamit ang laser scattering instrument, gikan sa hydrodynamic radius (Rh) sa lain-laing anggulo, ug ang root mean square radius sa rotation. Rg Ang ratio sa Rh nagpasabot nga ang porma niini dili regular apan duol sa spherical. Dayon, uban sa tabang sa rheometer, tulo ka konsentrado nga mga solusyon sa cationic cellulose ethers nga adunay lain-laing mga densidad sa singil ang gitun-an sa detalye, ug ang impluwensya sa konsentrasyon, pH nga bili ug ang kaugalingon nga densidad sa singil sa mga rheological nga kabtangan niini gihisgutan. Samtang nagkataas ang konsentrasyon, ang exponent ni Newton una nga mikunhod ug dayon mikunhod. Ang pag-usab-usab o bisan rebound mahitabo, ug ang thixotropic nga kinaiya mahitabo sa 3% (mass fraction). Ang kasarangang densidad sa bayad mapuslanon aron makakuha og mas taas nga zero-shear viscosity, ug ang pH adunay gamay nga epekto sa viscosity niini.

yawe nga mga pulong:cationic cellulose ether; morpolohiya; zero shear viscosity; rheolohiya

Ang cellulose derivatives ug ang ilang giusab nga functional polymers kaylap nga gigamit sa natad sa physiological ug sanitary nga mga produkto, petrochemicals, tambal, pagkaon, personal nga mga produkto sa pag-atiman, packaging, ug uban pa. abilidad, kaylap kini nga gigamit sa adlaw-adlaw nga mga kemikal, labi na ang mga shampoo, ug makapauswag sa pagkakombate sa buhok pagkahuman sa pag-shampoo. Sa samang higayon, tungod sa maayo nga pagkaangay niini, mahimo kining gamiton sa duha-sa-usa ug tanan-sa-usa nga mga shampoo. Adunay usab kini usa ka maayo nga prospect sa aplikasyon ug nakadani sa atensyon sa lainlaing mga nasud. Gitaho sa literatura nga ang cellulose derivative solutions nagpakita sa mga kinaiya sama sa Newtonian fluid, pseudoplastic fluid, thixotropic fluid ug viscoelastic fluid uban ang pagtaas sa konsentrasyon, apan ang morphology, rheology ug nag-impluwensya sa mga hinungdan sa cationic cellulose ether sa aqueous solution Adunay pipila. mga taho sa panukiduki. Kini nga papel nagpunting sa rheological nga pamatasan sa quaternary ammonium nga giusab nga cellulose aqueous nga solusyon, aron mahatagan usa ka pakisayran alang sa praktikal nga aplikasyon.

1. Eksperimento nga bahin

1.1 Hilaw nga materyales

Cationic cellulose ether (KG-30M, JR-30M, LR-30M); Ang produkto sa Canada Dow Chemical Company, nga gihatag sa Procter & Gamble Company Kobe R&D Center sa Japan, gisukod sa Vario EL elemental analyzer (German Elemental Company), ang sample Ang nitrogen content mao ang 2.7%, 1.8%, 1.0% matag usa (ang charge density mao ang 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, 0.7 Meq/g sa tinagsa), ug kini gisulayan sa German nga ALV-5000E laser light Scattering instrument (LLS) gisukod ang gibug-aton niini nga average molekular gibug-aton mao ang mahitungod sa 1.64×106g/mol.

1.2 Pag-andam sa solusyon

Ang sample giputli pinaagi sa filtration, dialysis ug freeze-drying. Timbanga ang sunodsunod nga tulo ka quantitative sample, ug idugang ang standard buffer solution nga adunay pH 4.00, 6.86, 9.18 aron maandam ang gikinahanglan nga konsentrasyon. Aron masiguro nga ang mga sample hingpit nga natunaw, ang tanan nga mga solusyon sa sample gibutang sa magnetic stirrer sulod sa 48 ka oras sa wala pa ang pagsulay.

1.3 Pagsukod sa pagsabwag sa kahayag

Gamita ang LLS aron sukdon ang gibug-aton-average nga gibug-aton sa molekula sa sample sa dilute aqueous solution,, ang hydrodynamic radius ug ang root mean square radius sa rotation kung ang ikaduha nga Villi coefficient ug lain-laing mga anggulo,), ug isulti nga kini nga cationic cellulose ether anaa sa ang tubigon nga solusyon pinaagi sa kahimtang sa ratio niini.

1.4 Pagsukod sa viscosity ug rheological nga imbestigasyon

Ang concentrated CCE solution gitun-an sa Brookfield RVDV-III+ rheometer, ug ang impluwensya sa konsentrasyon, charge density ug pH value sa rheological properties sama sa sample viscosity gisusi. Sa mas taas nga konsentrasyon, kinahanglan nga imbestigahan ang thixotropy niini.

2. Resulta ug panaghisgot

2.1 Pagpanukiduki sa Pagsabwag sa Kahayag

Tungod sa espesyal nga istruktura sa molekula, lisud nga maglungtad sa porma sa usa ka molekula bisan sa usa ka maayo nga solvent, apan sa porma sa pipila nga mga stable nga micelles, cluster o asosasyon.

Sa diha nga ang dilute aqueous solution (~o.1%) sa CCE naobserbahan sa usa ka polarizing microscope, ubos sa background sa black cross orthogonal field, ang "star" nga mahayag nga mga spots ug ang mahayag nga mga bar nagpakita. Kini dugang nga gihulagway pinaagi sa pagsabwag sa kahayag, ang dinamikong hydrodynamic radius sa lain-laing pH ug anggulo, ang gamut nagpasabot square radius sa rotation ug ang ikaduha nga Villi coefficient nga nakuha gikan sa Berry diagram gilista sa Tab. 1. Ang distribution graph sa hydrodynamic radius function nga nakuha sa usa ka konsentrasyon sa 10-5 kasagaran usa ka peak, apan ang pag-apod-apod kay lapad kaayo (Fig. 1), nga nagpakita nga adunay mga asosasyon sa lebel sa molekula ug dagkong mga aggregate sa sistema. ; Adunay mga pagbag-o, ug ang mga kantidad sa Rg / Rb anaa sa palibot sa 0.775, nga nagpakita nga ang porma sa CCE sa solusyon duol sa spherical, apan dili igo nga regular. Ang epekto sa pH sa Rb ug Rg dili klaro. Ang counterion sa buffer solution nakig-interact sa CCE aron mapanalipdan ang charge sa kilid nga kadena niini ug himoon kini nga mokunhod, apan ang kalainan magkalahi sa matang sa counterion. Ang pagsukod sa light scattering sa mga gi-charge nga polymers dali nga maapektuhan sa long-range force interaction ug external interference, mao nga adunay pipila ka mga sayop ug mga limitasyon sa LLS characterization. Kung ang mass fraction mas dako pa sa 0.02%, adunay kasagaran nga dili mabulag nga doble nga mga taluktok o bisan daghang mga taluktok sa Rh distribution diagram. Samtang ang konsentrasyon nagdugang, ang Rh usab nagdugang, nga nagpaila nga daghang mga macromolecule ang nalangkit o bisan natipon. Sa dihang si Cao et al. gigamit ang light scattering aron tun-an ang copolymer sa carboxymethyl cellulose ug surface-active macromers, adunay usab dili mabulag nga doble nga mga taluktok, usa niini tali sa 30nm ug 100nm, nga nagrepresentar sa pagporma sa mga micelles sa lebel sa molekula, ug ang lain Ang peak Rh medyo dako, nga giisip nga usa ka aggregate, nga susama sa mga resulta nga gitino niini nga papel.

2.2 Pagpanukiduki sa rheological nga kinaiya

2.2.1 Epekto sa konsentrasyon:Sukda ang dayag nga viscosity sa KG-30M solusyon nga adunay lain-laing mga konsentrasyon sa lain-laing mga paggunting rate, ug sumala sa logarithmic nga porma sa gahum sa balaod equation nga gisugyot sa Ostwald-Dewaele, sa diha nga ang masa fraction dili molapas sa 0.7%, ug usa ka serye sa mga tul-id nga linya. nga adunay linear correlation coefficients nga labaw sa 0.99 nakuha. Ug samtang ang konsentrasyon nagdugang, ang bili sa Newton's exponent n mikunhod (tanan ubos sa 1), nagpakita sa usa ka dayag nga pseudoplastic fluid. Tungod sa puwersa sa paggunting, ang mga macromolecular nga kadena nagsugod sa pagtangtang ug pag-orient, busa ang viscosity mikunhod. Kung ang mass fraction mas dako pa sa 0.7%, ang linear correlation coefficient sa nakuha nga tul-id nga linya mikunhod (mga 0.98), ug ang n nagsugod sa pag-usab-usab o bisan sa pagtaas sa pagtaas sa konsentrasyon; sa dihang ang mass fraction moabot sa 3% (Fig. 2), ang lamesa Ang dayag nga viscosity unang motaas ug dayon mokunhod uban sa pagtaas sa shear rate. Kini nga serye sa mga katingalahan lahi sa mga taho sa ubang mga solusyon sa anionic ug cationic polymer. Ang n bili mosaka, sa ato pa, ang dili Newtonian nga kabtangan gipahuyang; Ang Newtonian fluid kay usa ka viscous liquid, ug intermolecular slippage mahitabo ubos sa aksyon sa shear stress, ug kini dili na mabawi; non-Newtonian fluid naglangkob sa usa ka makuha nga pagkamaunat-unat nga bahin ug usa ka dili mabawi viscous nga bahin. Ubos sa aksyon sa shear stress, ang dili mabalik nga slip sa taliwala sa mga molekula mahitabo, ug sa samang higayon, tungod kay ang mga macromolecules gituy-od ug gipunting sa paggunting, usa ka mabawi nga pagkamaunat-unat nga bahin ang naporma. Sa diha nga ang gawas nga pwersa gikuha, ang mga macromolecules lagmit mobalik sa orihinal nga curled porma, mao nga ang bili sa n mosaka. Ang konsentrasyon nagpadayon sa pagdugang aron mahimong usa ka istruktura sa network. Kung gamay ra ang stress sa paggunting, dili kini malaglag, ug ang pagkamaunat-unat nga pagbag-o lamang ang mahitabo. Niini nga panahon, ang pagkamaunat-unat mahimong medyo mapauswag, ang viscosity maluya, ug ang kantidad sa n mokunhod; samtang ang shear stress anam-anam nga nagdugang sa panahon sa proseso sa pagsukod, mao nga n Ang bili nag-usab-usab. Kung ang mass fraction moabot sa 3%, ang dayag nga viscosity una nga motaas ug dayon mokunhod, tungod kay ang gamay nga paggunting nagpasiugda sa pagbangga sa mga macromolecule aron maporma ang dagkong mga aggregate, mao nga ang viscosity mosaka, ug ang shear stress nagpadayon sa pagbungkag sa mga aggregates. , ang viscosity mokunhod pag-usab.

Sa imbestigasyon sa thixotropy, itakda ang katulin (r/min) aron maabot ang gitinguha nga y, dugangi ang katulin sa regular nga mga lat-ang hangtod nga makaabot sa gitakdang kantidad, ug dayon ihulog dayon gikan sa kinatas-ang tulin balik sa inisyal nga kantidad aron makuha ang katugbang Ang shear stress, ang relasyon niini sa shear rate gipakita sa Fig. 3. Kung ang mass fraction ubos sa 2.5%, ang upward curve ug ang downward curve hingpit nga magsapaw, apan kung ang mass fraction 3%, ang duha ka linya walay mas taas nga pagsapaw, ug ang ubos nga linya naa sa luyo, nga nagpakita sa thixotropy.

Ang pagdepende sa oras sa shear stress nailhan nga rheological resistance. Ang rheological nga pagsukol usa ka kinaiya nga kinaiya sa mga viscoelastic nga likido ug mga likido nga adunay mga istruktura nga thixotropic. Nakaplagan nga ang mas dako nga y anaa sa samang mass fraction, ang mas paspas nga r makaabot sa ekwilibriyo, ug ang pagdepende sa oras mas gamay; sa ubos nga mass fraction (<2%), ang CCE wala magpakita sa rheological resistance. Sa diha nga ang mass fraction mosaka ngadto sa 2.5%, kini nagpakita sa usa ka lig-on nga pagdepende sa panahon (Fig. 4), ug kini nagkinahanglan sa mga 10 minutos sa pagkab-ot sa ekwilibriyo, samtang sa 3.0%, ang ekwilibriyo nga panahon nagkinahanglan og 50 minutos. Ang maayo nga thixotropy sa sistema adunay maayo nga praktikal nga aplikasyon.

2.2.2 Ang epekto sa densidad sa bayad:ang logarithmic nga porma sa Spencer-Dillon empirical nga pormula gipili, diin ang zero-cut viscosity, b mao ang makanunayon sa samang konsentrasyon ug lain-laing temperatura, ug nagdugang sa pagtaas sa konsentrasyon sa samang temperatura. Sumala sa power law equation nga gisagop ni Onogi niadtong 1966, ang M mao ang relatibong molekular nga masa sa polimer, ang A ug B mao ang mga constant, ug ang c mao ang mass fraction (%). Fig.5 Ang tulo ka mga kurba adunay dayag nga mga punto sa inflection sa palibot sa 0.6%, nga mao, adunay usa ka kritikal nga tipik sa masa. Labaw pa sa 0.6%, ang zero-shear viscosity paspas nga nagdugang sa pagtaas sa konsentrasyon C. Ang mga kurba sa tulo ka mga sample nga adunay lain-laing mga densidad sa singil duol kaayo. Sa kasukwahi, kung ang mass fraction anaa sa taliwala sa 0.2% ug 0.8%, ang zero-cut viscosity sa LR sample nga adunay pinakagamay nga charge density mao ang pinakadako, tungod kay ang hydrogen bond association nagkinahanglan og usa ka kontak. Busa, ang densidad sa bayad suod nga nalangkit sa kon ang mga macromolecules mahimong gihan-ay sa usa ka hapsay ug compact nga paagi; pinaagi sa pagsulay sa DSC, nakit-an nga ang LR adunay huyang nga peak sa crystallization, nga nagpakita sa usa ka angay nga densidad sa bayad, ug ang zero-shear viscosity mas taas sa parehas nga konsentrasyon. Sa diha nga ang mass fraction mao ang ubos pa kay sa 0.2%, LR mao ang pinakagamay, tungod kay sa dilute nga solusyon, macromolecules uban sa ubos nga charge density mas lagmit sa pagporma coil orientation, mao nga ang zero-paggunting viscosity mao ang ubos. Kini adunay usa ka maayo nga giya nga kamahinungdanon sa mga termino sa pagpalapot nga pasundayag.

2.2.3 pH epekto: Ang Fig. 6 mao ang resulta nga gisukod sa lain-laing pH sulod sa range nga 0.05% ngadto sa 2.5% mass fraction. Adunay usa ka punto sa inflection sa palibot sa 0.45%, apan ang tulo ka mga kurba hapit nagsapaw, nga nagpakita nga ang pH walay dayag nga epekto sa zero-shear viscosity, nga lahi kaayo sa pagkasensitibo sa anionic cellulose ether ngadto sa pH.

3. Panapos

Ang KG-30M dilute aqueous solution gitun-an sa LLS, ug ang hydrodynamic radius distribution nga nakuha usa ka peak. Gikan sa pagdepende sa anggulo ug Rg/Rb ratio, mahimo nga masabtan nga ang porma niini duol sa spherical, apan dili igo nga regular. Alang sa mga solusyon sa CCE nga adunay tulo nga mga densidad sa bayad, ang viscosity nagdugang sa pagtaas sa konsentrasyon, apan ang numero sa pagpangayam sa Newton n una nga mikunhod, dayon nag-usab-usab ug bisan pa nga pagtaas; Ang pH adunay gamay nga epekto sa viscosity, ug ang usa ka kasarangan nga densidad sa bayad makakuha og mas taas nga viscosity.