Účinky substituentů a molekulové hmotnosti na povrchové vlastnosti neiontového etheru celulózy

Podle Washburnovy teorie impregnace (Penetration Theory) a van Oss-Good-Chaudhuryho kombinační teorie (Combining Theory) a aplikace technologie sloupcového knotu (Column Wicking Technique), několik neiontových etherů celulózy, jako je methylcelulóza Povrchové vlastnosti byly testovány celulóza, hydroxypropylcelulóza a hydroxypropylmethylcelulóza. V důsledku různých substituentů, stupňů substituce a molekulových hmotností těchto etherů celulózy jsou jejich povrchové energie a jejich složky výrazně odlišné. Data ukazují, že Lewisova báze neiontového etheru celulózy je větší než Lewisova kyselina a hlavní složkou povrchové volné energie je Lifshitz-van der Waalsova síla. Povrchová energie hydroxypropylu a jeho složení jsou větší než u hydroxymethylu. Za předpokladu stejného substituentu a stupně substituce je povrchová volná energie hydroxypropylcelulózy úměrná molekulové hmotnosti; zatímco povrchová volná energie hydroxypropylmethylcelulózy je úměrná stupni substituce a nepřímo úměrná molekulové hmotnosti. Experiment také zjistil, že povrchová energie substituentu hydroxypropyl a hydroxypropylmethyl v neiontovém etheru celulózy se zdá být větší než povrchová energie celulózy a experiment dokazuje, že povrchová energie testované celulózy a její složení Údaje jsou v souladu s literaturou.

klíčová slova: neiontové ethery celulózy; substituenty a stupně substituce; molekulová hmotnost; vlastnosti povrchu; technologie knotu

Ether celulózy je velká kategorie derivátů celulózy, které lze rozdělit na aniontové, kationtové a neiontové ethery podle chemické struktury jejich etherových substituentů. Ether celulózy je také jedním z prvních produktů zkoumaných a vyráběných v chemii polymerů. Dosud byl éter celulózy široce používán v lékařství, hygieně, kosmetice a potravinářství.

Přestože ethery celulózy, jako je hydroxymethylcelulóza, hydroxypropylcelulóza a hydroxypropylmethylcelulóza, byly vyráběny průmyslově a bylo studováno mnoho jejich vlastností, jejich povrchová energie, vlastnosti reagující s kyselými alkáliemi nebyly dosud popsány. Protože většina těchto produktů se používá v kapalném prostředí a povrchové vlastnosti, zejména acidobazické reakce, pravděpodobně ovlivní jejich použití, je velmi nutné studovat a porozumět povrchovým chemickým charakteristikám tohoto komerčního etheru celulózy.

Vzhledem k tomu, že vzorky derivátů celulózy lze velmi snadno měnit se změnou podmínek přípravy, používá tato práce komerční produkty jako vzorky pro charakterizaci jejich povrchové energie a na základě toho vliv substituentů a molekulových hmotností takových produktů na povrch vlastnosti se studují.

1. Experimentální část

1.1 Suroviny

Neiontový ether celulózy použitý v experimentu je produktemKIMA CHEMICAL CO.,LTD,. Vzorky nebyly před testováním nijak upravovány.

Vzhledem k tomu, že deriváty celulózy jsou vyrobeny z celulózy, jsou tyto dvě struktury blízké a povrchové vlastnosti celulózy byly popsány v literatuře, takže tento článek používá celulózu jako standardní vzorek. Použitý vzorek celulózy měl kódové označení C8002 a byl zakoupen odKIMA, CN. Vzorek nebyl během testu podroben žádnému ošetření.

Činidla použitá v experimentu jsou: ethan, dijodmethan, deionizovaná voda, formamid, toluen, chloroform. Všechny kapaliny byly analyticky čisté produkty kromě vody, která byla komerčně dostupná.

1.2 Experimentální metoda

V tomto experimentu byla přijata technika nasávání z kolony a jako trubice kolony byla vyříznuta část (asi 10 cm) standardní pipety s vnitřním průměrem 3 mm. Do zkumavky kolony dejte pokaždé 200 mg práškového vzorku, poté protřepejte do rovnoměrnosti a umístěte svisle na dno skleněné nádoby o vnitřním průměru asi 3 cm, aby se kapalina mohla spontánně adsorbovat. Odvažte 1 ml testované kapaliny a vložte ji do skleněné nádoby a zaznamenejte současně dobu ponoření t a vzdálenost ponoření X. Všechny experimenty byly prováděny při pokojové teplotě (25±1°C). Každý údaj je průměrem ze tří opakovaných experimentů.

1.3 Výpočet experimentálních dat

Teoretickým základem pro aplikaci techniky sloupcového vzlínání k testování povrchové energie práškových materiálů je rovnice Washburn impregnace (Washburnova penetrační rovnice).

1.3.1 Stanovení kapilárního efektivního poloměru Reff měřeného vzorku

Při aplikaci Washburn imerzní formule je podmínkou pro dosažení úplného smáčení cos=1. To znamená, že když je vybrána kapalina pro ponoření do pevné látky, aby bylo dosaženo plně vlhkého stavu, můžeme vypočítat kapilární efektivní poloměr Reff měřeného vzorku testováním vzdálenosti a času ponoření podle speciálního případu vzorce pro ponoření Washburn.

1.3.2 Výpočet síly Lifshitz-van der Waals pro měřený vzorek

Podle van Oss-Chaudhury-Goodových kombinačních pravidel je vztah mezi reakcemi mezi kapalinami a pevnými látkami.

1.3.3 Výpočet Lewisovy acidobazické síly měřených vzorků

Obecně se acidobazické vlastnosti pevných látek odhadují z údajů impregnovaných vodou a formamidem. Ale v tomto článku jsme zjistili, že při použití této dvojice polárních kapalin k měření celulózy není problém, ale v testu éteru celulózy, protože výška ponoru systému polárního roztoku voda/formamid v éteru celulózy je příliš nízká , takže nahrávání času je velmi obtížné. Proto byl zvolen systém roztoku toluen/chloroform zavedený Chibowsk. Možností je podle Chibowského také systém polárních roztoků toluen/chloroform. Je to proto, že tyto dvě kapaliny mají velmi zvláštní kyselost a zásaditost, například toluen nemá Lewisovu kyselost a chloroform nemá Lewisovu zásaditost. Abychom data získaná systémem toluen/chloroform přiblížili doporučenému systému polárních roztoků voda/formamid, používáme tyto dva systémy polárních kapalin k současnému testování celulózy a poté získáme odpovídající koeficienty expanze nebo kontrakce. před aplikací Údaje získané impregnací etheru celulózy směsí toluen/chloroform se blíží závěrům získaným pro systém voda/formamid. Vzhledem k tomu, že ethery celulózy jsou odvozeny z celulózy a mezi nimi existuje velmi podobná struktura, může být tato metoda odhadu platná.

1.3.4 Výpočet celkové povrchové volné energie

2. Výsledky a diskuse

2.1 Celulózový standard

Protože naše výsledky testů na standardních vzorcích celulózy zjistily, že tyto údaje jsou v dobré shodě s údaji uvedenými v literatuře, je rozumné se domnívat, že je třeba vzít v úvahu také výsledky testů na etherech celulózy.

2.2 Výsledky zkoušek a diskuse o etheru celulózy

Během testu éteru celulózy je velmi obtížné zaznamenat vzdálenost a čas ponoření kvůli velmi nízké výšce ponoření vody a formamidu. Proto tento článek volí jako alternativní řešení systém roztoku toluen/chloroform a odhaduje Lewisovu kyselost etheru celulózy na základě výsledků testů vody/formamidu a toluenu/chloroformu na celulóze a proporcionálního vztahu mezi těmito dvěma systémy roztoků. a alkalický výkon.

Vezmeme-li celulózu jako standardní vzorek, je uvedena řada acidobazických charakteristik etherů celulózy. Protože je výsledek impregnace etheru celulózy toluenem/chloroformem přímo testován, je přesvědčivý.

To znamená, že typ a molekulová hmotnost substituentů ovlivňuje acidobazické vlastnosti etheru celulózy a vztah mezi dvěma substituenty, hydroxypropylem a hydroxypropylmethylem, na acidobazické vlastnosti etheru celulózy a molekulovou hmotnost zcela opačný. Ale také to může souviset se skutečností, že MP jsou smíšené substituenty.

Protože substituenty MO43 a K8913 jsou různé a mají stejnou molekulovou hmotnost, například substituentem prvního je hydroxymethyl a substituentem druhého je hydroxypropyl, ale molekulová hmotnost obou je 100 000, takže to také znamená, že předpoklad stejné molekulové hmotnosti Za daných okolností mohou být S+ a S- hydroxymethylové skupiny menší než hydroxypropylová skupina. Stupeň substituce je však také možný, protože stupeň substituce K8913 je asi 3,00, zatímco stupeň substituce MO43 je pouze 1,90.

Protože stupeň substituce a substituenty K8913 a K9113 jsou stejné, ale liší se pouze molekulová hmotnost, srovnání těchto dvou ukazuje, že S+ hydroxypropylcelulózy klesá s rostoucí molekulovou hmotností, ale S- se naopak zvyšuje. .

Ze souhrnu výsledků testů povrchové energie všech éterů celulózy a jejich složek je vidět, že ať už se jedná o celulózu nebo éter celulózy, hlavní složkou jejich povrchové energie je Lifshitz-van der Waalsova síla, která představuje asi 98%~99%. Kromě toho jsou síly Lifshitz-van der Waals těchto neiontových etherů celulózy (kromě MO43) také většinou větší než síly celulózy, což naznačuje, že proces etherifikace celulózy je také procesem zvyšování Lifshitz-van der Waalsových sil. A tato zvýšení vedou k tomu, že povrchová energie éteru celulózy je větší než energie celulózy. Tento jev je velmi zajímavý, protože tyto ethery celulózy se běžně používají při výrobě povrchově aktivních látek. Údaje jsou však pozoruhodné nejen proto, že údaje o referenčním standardním vzorku testovaném v tomto experimentu jsou extrémně konzistentní s hodnotou uváděnou v literatuře, údaje o referenčním standardním vzorku jsou extrémně konzistentní s hodnotou uváděnou v literatuře, např. příklad: všechny tyto celulózy SAB etherů je výrazně menší než u celulózy, a to kvůli jejich velmi velkým Lewisovým zásadám. Za předpokladu stejného substituentu a stupně substituce je povrchová volná energie hydroxypropylcelulózy úměrná molekulové hmotnosti; zatímco povrchová volná energie hydroxypropylmethylcelulózy je úměrná stupni substituce a nepřímo úměrná molekulové hmotnosti.

Navíc, protože ethery celulózy mají větší SLW než celulóza, ale už víme, že jejich disperzibilita je lepší než celulóza, lze předběžně uvažovat, že hlavní složkou SLW tvořící neiontové ethery celulózy by měla být londýnská síla.

3. Závěr

Studie ukázaly, že typ substituentu, stupeň substituce a molekulová hmotnost mají velký vliv na povrchovou energii a složení neiontového etheru celulózy. A zdá se, že tento efekt má následující pravidelnost:

(1) S+ neiontového etheru celulózy je menší než S-.

(2) Povrchové energii neiontového etheru celulózy dominuje Lifshitz-van der Waalsova síla.

(3) Molekulová hmotnost a substituenty mají vliv na povrchovou energii neiontových etherů celulózy, ale závisí především na typu substituentů.

(4) Za předpokladu stejného substituentu a stupně substituce je povrchová volná energie hydroxypropylcelulózy úměrná molekulové hmotnosti; zatímco povrchová volná energie hydroxypropylmethylcelulózy je úměrná stupni substituce a nepřímo úměrná molekulové hmotnosti.

(5) Proces etherifikace celulózy je proces, při kterém se zvyšuje Lifshitz-van der Waalsova síla, a je to také proces, při kterém klesá Lewisova kyselost a zvyšuje se Lewisova zásaditost.