Pruprietà di a suluzione cationica di l'etere di cellulosa

I pruprietà di a suluzione diluita di un etere di cellulosa cationicu d'alta densità di carica (KG-30M) à diversi valori di pH sò stati studiati cù un strumentu di scattering laser, da u raghju idrodinamicu (Rh) à diversi anguli, è u radiu quadratu mediu di rotazione. Rg U rapportu à Rh inferisce chì a so forma hè irregulare ma vicinu à sferica. Allora, cù l'aiutu di reometru, trè suluzioni cuncentrate di eteri di cellulosa cationica cù densità di carica differenti sò stati studiati in dettagliu, è l'influenza di a cuncentrazione, u valore di pH è a so propria densità di carica nantu à e so proprietà reologichi sò stati discututi. Quandu a cuncentrazione aumentava, l'esponente di Newton prima diminuì è poi diminuì. A fluttuazione o ancu rimbalza si trova, è u cumpurtamentu tixotropicu si trova à 3% (frazione di massa). Una densità di carica moderata hè benefica per ottene una viscosità di taglio zero più altu, è u pH hà pocu effettu nantu à a so viscosità.

Parolle chjave:etere cationico di cellulosa; morfologia; viscosità di taglio zero; reologia

Derivati ​​di cellulosa è i so polimeri funziunali mudificati sò stati largamente utilizati in i campi di i prudutti fisiologichi è sanitarii, petrochemicals, medicina, alimentazione, prudutti di cura persunale, imballaggi, etc. L'etere di cellulosa cationica solubile in acqua (CCE) hè duvuta à u so cun forte ispessimentu. capacità, hè largamente utilizatu in i chimichi di ogni ghjornu, in particulare i shampoo, è ponu migliurà a pettinatura di i capelli dopu à shampooing. À u listessu tempu, per via di a so bona cumpatibilità, pò esse usatu in shampoo dui-in-one è all-in-one. Hà ancu una bona prospettiva di applicazione è hà attiratu l'attenzione di parechji paesi. Hè statu rapportatu in a literatura chì i suluzioni derivati ​​​​di cellulosa mostranu cumpurtamenti cum'è u fluidu newtonianu, u fluidu pseudoplasticu, u fluidu tixotropicu è u fluidu viscoelasticu cù l'aumentu di a cuncentrazione, ma a morfologia, a reologia è i fatturi chì influenzanu di l'etere di cellulosa cationica in suluzione acquosa sò pochi. rapporti di ricerca. Stu documentu si focalizeghja nantu à u cumpurtamentu reologicu di a soluzione acquosa di cellulosa mudificata à l'ammoniu quaternariu, per furnisce un riferimentu per l'applicazione pratica.

1. Parte sperimentale

1.1 Materie prime

Etere di cellulosa cationica (KG-30M, JR-30M, LR-30M); Canada Dow Chemical Company prodottu, furnitu da Procter & Gamble Company Kobe R & D Center in Giappone, misurata da Vario EL analizatore elementale (German Elemental Company), u sample U cuntenutu di nitrogenu hè 2.7%, 1.8%, 1.0% rispettivamente (a densità di carica hè 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, 0.7 Meq/g rispettivamente), è hè pruvatu da a tedesca ALV-5000E laser light Scattering Instrument (LLS) misurata u so pesu mediu moleculare hè di circa 1.64×106 g/mol.

1.2 Preparazione di suluzione

A mostra hè stata purificata per filtrazione, dialisi è liofilizzazione. Pesa una seria di trè campioni quantitativi rispettivamente, è aghjunghje una solu suluzione standard cù pH 4.00, 6.86, 9.18 per preparà a cuncentrazione necessaria. Per assicurà chì i campioni sò stati cumpletamente dissoluti, tutte e soluzioni di mostra sò state piazzate nantu à un agitatore magneticu per 48 ore prima di pruvà.

1.3 Misura di scattering light

Aduprà LLS per misurà u pesu molekulari mediu di u campione in una soluzione aquosa diluita, u radiu idrodinamicu è u radiu quadru mediu di rotazione quandu u sicondu coefficient Villi è anguli diffirenti, è deduce chì questu etere di cellulosa cationicu hè in a suluzione aquosa da u so status ratio.

1.4 Misura di viscosità è investigazione reologica

A suluzione CCE cuncentrata hè stata studiata da Brookfield RVDV-III + rheometer, è l'influenza di a cuncentrazione, a densità di carica è u valore di pH nantu à e proprietà reologiche cum'è a viscosità di a mostra hè stata investigata. À cuncintrazioni più altu, hè necessariu di studià a so tixotropia.

2. Risultati è discussione

2.1 Ricerche in Light Scattering

A causa di a so struttura molekulari spiciali, hè difficiule d'esiste in a forma di una sola molécula ancu in un bon solvente, ma in a forma di certi micelli stabili, clusters o associazioni.

Quandu a suluzione aqua dilute (~ o.1%) di CCE hè stata osservata cù un microscopiu polarizante, sottu u sfondate di u campu ortogonale di a croce negra, apparsu spots luminosi "stella" è bars brillanti. Hè in più carattarizatu da spargimentu di luce, u raghju idrodinamicu dinamica à differente pH è anguli, u radiu quadru mediu di rotazione è u sicondu coefficient Villi ottenutu da u diagram Berry sò listati in Tab. 1. U gràficu di distribuzione di a funzione di u radiu idrodinamicu ottenutu à una cuncentrazione di 10-5 hè principalmente un piccu unicu, ma a distribuzione hè assai larga (Fig. 1), chì indica chì ci sò associazioni à livellu molekulari è grande aggregati in u sistema. ; Ci sò cambiamenti, è i valori Rg / Rb sò tutti intornu à 0.775, chì indicanu chì a forma di CCE in suluzione hè vicinu à sferica, ma micca abbastanza regulare. L'effettu di u pH nantu à Rb è Rg ùn hè micca evidenti. U cuntrariu in a suluzione di buffer interagisce cù CCE per scuddà a carica nantu à a so catena laterale è fà shrink, ma a diffarenza varieghja cù u tipu di counterion. A misurazione di scattering light di polimeri carichi hè suscettibile à l'interazzione di forza à longu andà è l'interferenza esterna, cusì ci sò certi errori è limitazioni in a carattarizazione LLS. Quandu a frazione di massa hè più grande di 0,02%, ci sò soprattuttu picchi doppiu inseparabili o ancu più picchi in u diagramma di distribuzione Rh. Quandu a cuncentrazione aumenta, Rh aumenta ancu, chì indica chì più macromolecule sò assuciati o ancu aggregati. Quandu Cao et al. Adupratu a sparghjera di luce per studià u copolimeru di carboxymethyl cellulosa è macromers superfici-attivi, ci era ancu inseparabile doppia cime, unu di i quali era trà 30nm è 100nm, rapprisentanu a furmazione di micelle à u livellu molekulari, è l'altru U piccu Rh hè relativamente relativamente. grande, chì hè cunsideratu cum'è un aggregatu, chì hè simili à i risultati determinati in stu documentu.

2.2 Ricerche nantu à u cumpurtamentu reologicu

2.2.1 Effettu di cuncentrazione:Misura a viscosità apparente di suluzione KG-30M cù diverse cuncentrazioni à diverse tassi di taglio, è secondu a forma logaritmica di l'equazione di a lege di putenza pruposta da Ostwald-Dewaele, quandu a frazione di massa ùn supera u 0,7%, è una seria di linii dritti. cù coefficienti di correlazione lineari più grande di 0,99 sò stati ottenuti. È cum'è a cuncentrazione aumenta, u valore di l'esponente di Newton n diminuisce (tutti menu di 1), chì mostra un fluidu pseudoplasticu evidenti. Impulsatu da a forza di cisura, e catene macromoleculari cumincianu à untangle è orientà, cusì a viscosità diminuisce. Quandu a frazzioni di massa hè più grande di 0,7%, u coefficient di correlazione lineale di a linea recta ottenuta diminuisce (circa 0,98), è n principia à fluttuà o ancu cresce cù l'aumentu di a cuncentrazione; quandu a fraccione di massa righjunghji 3% (Fig. 2), a tavula A viscosità apparente prima cresce è poi diminuite cù l'aumentu di a freccia di taglio. Sta serie di fenomeni hè sfarente da i rapporti di altri suluzioni polimeru anionicu è cationicu. U valore n cresce, vale à dì, a pruprietà non-Newtoniana hè debilitatu; U fluidu newtonianu hè un liquidu viscosu, è u slippage intermolecular si trova sottu à l'azzione di u sforzu di cisura, è ùn pò micca esse recuperatu; U fluidu non-Newtonianu cuntene una parte elastica recuperabile è una parte viscosa irrecuperable. Sutta l'azzione di u sforzu di cisura, si trova u slip irreversibile trà e molécule, è à u stessu tempu, perchè e macromolecule sò allungate è orientate cù a cisura, si forma una parte elastica recuperabile. Quandu a forza esterna hè sguassata, i macromolecule tendenu à vultà à a forma curled originale, cusì U valore di n cresce. A cuncentrazione cuntinueghja à cresce per furmà una struttura di rete. Quandu u sforzu di cisura hè chjuca, ùn serà micca distruttu, è solu a deformazione elastica si farà. À questu tempu, l'elasticità serà relativamente rinfurzata, a viscosità serà debilitatu, è u valore di n diminuite; mentre chì u sforzu di cisura hè gradualmente crescente durante u prucessu di misurazione, cusì n U valore fluttua. Quandu a frazione di massa righjunghji u 3%, a viscosità apparente prima aumenta è poi diminuisce, perchè u picculu cisura prumove a colisazione di macromolecule per furmà grandi aggregati, cusì a viscosità aumenta, è u stress di taglio cuntinueghja à rompe l'aggregati. , a viscosità diminuisce di novu.

In l'investigazione di a tixotropia, stabilisce a vitezza (r / min) per ghjunghje à u desideratu y, aumenta a velocità à intervalli regulari finu à ghjunghje à u valore stabilitu, è poi abbandunà rapidamente da a velocità massima à u valore iniziale per ottene u currispundente. U sforzu di cisura, a so rilazioni cù a freccia di cisura hè mostrata in Fig. 3. Quandu a fraccione di massa hè menu di 2,5%, a curva ascendente è a curva discendente si sovrapponenu cumplettamente, ma quandu a frazione di massa hè 3%, i dui linii no sovrapposizione più lunga, è a linea discendente hè in ritardu, chì indica una tixotropia.

A dependenza di u tempu di u sforzu di tagliola hè cunnisciuta cum'è resistenza reologica. A resistenza reologica hè un cumpurtamentu caratteristicu di liquidi viscoelastici è liquidi cù strutture tixotropiche. Hè trovu chì u più grande y hè à a stessa frazzioni di massa, u più veloce r righjunghji l'equilibriu, è a dependenza di u tempu hè più chjuca; à una frazione di massa più bassa (<2%), CCE ùn mostra micca resistenza reologica. Quandu a fraccione di massa aumenta à 2,5%, mostra una forte dependenza di u tempu (Fig. 4), è pigghia circa 10 minuti per ghjunghje à l'equilibriu, mentri à 3,0%, u tempu di equilibriu dura 50 minuti. A bona tixotropia di u sistema hà cunducente à l'applicazione pratica.

2.2.2 L'effettu di a densità di carica:a forma logaritmica di a furmula empirica Spencer-Dillon hè sceltu, in u quali a viscosità zero-cut, b hè custanti à u listessu cuncintrazzioni è differente temperatura, è cresce cù l 'aumentu di cuncintrazzioni à a stessa temperatura. Sicondu l'equazioni di a lege di putenza aduttata da Onogi in u 1966, M hè a massa moleculare relative di u polimeru, A è B sò custanti, è c hè a frazione di massa (%). Fig．5 E trè curve anu punti d'inflessione evidenti intornu à 0,6%, vale à dì, ci hè una frazione di massa critica. Più di 0,6%, a viscosità zero-shear aumenta rapidamente cù l'aumentu di a cuncentrazione C. E curve di e trè campioni cù densità di carica differenti sò assai vicinu. In cuntrastu, quandu a frazzioni di massa hè trà 0,2% è 0,8%, a viscosità zero-cut di a mostra LR cù a densità di carica più chjuca hè a più grande, perchè l'associazione di ligami di l'idrogenu richiede un certu cuntattu. Dunque, a densità di carica hè strettamente ligata à se e macromolecule ponu esse disposte in modu ordinatu è compactu; attraversu a prova DSC, si trova chì LR hà un piccu di cristallizazione debule, chì indica una densità di carica adatta, è a viscosità di taglio zero hè più altu à a stessa cuncentrazione. Quandu a frazione di massa hè menu di 0,2%, LR hè u più chjucu, perchè in suluzione diluita, macromolecule cù densità di carica bassa sò più prubabile di furmà l'orientazione di bobina, cusì a viscosità zero-shear hè bassa. Questu hà un bonu significatu di guida in quantu à u rendiment di addensamentu.

2.2.3 Effettu pH: Fig. 6 hè u risultatu misuratu à u pH differente in a gamma di 0.05% à 2.5% frazione di massa. Ci hè un puntu d'inflessione intornu à 0,45%, ma e trè curve guasi si sovrapponenu, chì indicanu chì u pH ùn hà micca un effettu evidenti nantu à a viscosità di taglio zero, chì hè assai sfarente da a sensibilità di l'etere di cellulosa anionica à u pH.

3. Cunclusioni

A suluzione aquosa diluita KG-30M hè studiata da LLS, è a distribuzione di raghju idrodinamicu ottenuta hè un piccu unicu. Da a dependenza di l'angulu è u rapportu Rg / Rb, pò esse inferitu chì a so forma hè vicinu à sferica, ma micca abbastanza regulare. Per i suluzioni CCE cù trè densità di carica, a viscosità aumenta cù l'aumentu di a cuncentrazione, ma u numeru di caccia di Newton n prima diminuisce, poi fluttua è ancu cresce; U pH hà pocu effettu nantu à a viscosità, è una densità di carica moderata pò ottene una viscosità più alta.