Επιδράσεις των υποκαταστατών και του μοριακού βάρους στις επιφανειακές ιδιότητες του μη ιονικού αιθέρα κυτταρίνης

Σύμφωνα με τη θεωρία εμποτισμού του Washburn (Θεωρία διείσδυσης) και τη θεωρία συνδυασμού van Oss-Good-Chaudhury (Θεωρία συνδυασμού) και την εφαρμογή της τεχνολογίας του κολωνικού φυτιλιού (Column Wicking Technique), αρκετοί μη ιονικοί αιθέρες κυτταρίνης, όπως η μεθυλοκυτταρίνη Οι επιφανειακές ιδιότητες του Η κυτταρίνη, η υδροξυπροπυλοκυτταρίνη και η υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη δοκιμάστηκαν. Λόγω των διαφορετικών υποκαταστατών, των βαθμών υποκατάστασης και των μοριακών βαρών αυτών των αιθέρων κυτταρίνης, οι επιφανειακές ενέργειες και τα συστατικά τους είναι σημαντικά διαφορετικά. Τα δεδομένα δείχνουν ότι η βάση Lewis του μη ιονικού αιθέρα κυτταρίνης είναι μεγαλύτερη από το οξύ Lewis και το κύριο συστατικό της ελεύθερης ενέργειας της επιφάνειας είναι η δύναμη Lifshitz-van der Waals. Η επιφανειακή ενέργεια του υδροξυπροπυλίου και η σύνθεσή του είναι μεγαλύτερη από αυτή του υδροξυμεθυλίου. Υπό την προϋπόθεση του ίδιου υποκαταστάτη και του ίδιου βαθμού υποκατάστασης, η ελεύθερη επιφανειακή ενέργεια της υδροξυπροπυλοκυτταρίνης είναι ανάλογη με το μοριακό βάρος. ενώ η ελεύθερη επιφανειακή ενέργεια της υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης είναι ανάλογη του βαθμού υποκατάστασης και αντιστρόφως ανάλογη με το μοριακό βάρος. Το πείραμα διαπίστωσε επίσης ότι η επιφανειακή ενέργεια του υποκαταστάτη υδροξυπροπυλ και υδροξυπροπυλμεθυλ στον μη ιονικό αιθέρα κυτταρίνης φαίνεται να είναι μεγαλύτερη από την επιφανειακή ενέργεια της κυτταρίνης και το πείραμα αποδεικνύει ότι η επιφανειακή ενέργεια της δοκιμασμένης κυτταρίνης και η σύνθεσή της Τα δεδομένα είναι σύμφωνη με τη βιβλιογραφία.

Λέξεις κλειδιά: μη ιονικοί αιθέρες κυτταρίνης. υποκαταστάτες και βαθμοί υποκατάστασης. μοριακό βάρος; ιδιότητες επιφάνειας? τεχνολογία φυτιλιού

Ο αιθέρας κυτταρίνης είναι μια μεγάλη κατηγορία παραγώγων κυτταρίνης, τα οποία μπορούν να χωριστούν σε ανιονικούς, κατιονικούς και μη ιονικούς αιθέρες ανάλογα με τη χημική δομή των αιθερικών υποκαταστατών τους. Ο αιθέρας κυτταρίνης είναι επίσης ένα από τα πρώτα προϊόντα που ερευνήθηκαν και παρήχθησαν στη χημεία των πολυμερών. Μέχρι στιγμής, ο αιθέρας κυτταρίνης έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην ιατρική, την υγιεινή, τα καλλυντικά και τη βιομηχανία τροφίμων.

Αν και οι αιθέρες κυτταρίνης, όπως η υδροξυμεθυλοκυτταρίνη, η υδροξυπροπυλοκυτταρίνη και η υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη, έχουν παραχθεί βιομηχανικά και πολλές από τις ιδιότητές τους έχουν μελετηθεί, η επιφανειακή τους ενέργεια, οι ιδιότητες που αντιδρούν στα αλκάλια δεν έχουν αναφερθεί μέχρι στιγμής. Δεδομένου ότι τα περισσότερα από αυτά τα προϊόντα χρησιμοποιούνται σε υγρό περιβάλλον και τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας, ειδικά τα χαρακτηριστικά της αντίδρασης οξέος-βάσης, είναι πιθανό να επηρεάσουν τη χρήση τους, είναι πολύ απαραίτητο να μελετηθούν και να κατανοηθούν τα επιφανειακά χημικά χαρακτηριστικά αυτού του εμπορικού αιθέρα κυτταρίνης.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι τα δείγματα των παραγώγων κυτταρίνης αλλάζουν πολύ εύκολα με την αλλαγή των συνθηκών παρασκευής, η παρούσα εργασία χρησιμοποιεί εμπορικά προϊόντα ως δείγματα για να χαρακτηρίσει την επιφανειακή τους ενέργεια και με βάση αυτό, την επίδραση των υποκαταστατών και των μοριακών βαρών τέτοιων προϊόντων στην επιφάνεια μελετώνται ιδιότητες.

1. Πειραματικό μέρος

1.1 Πρώτες ύλες

Ο μη ιονικός αιθέρας κυτταρίνης που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα είναι το προϊόν τουKIMA CHEMICAL CO.,LTD,. Τα δείγματα δεν υποβλήθηκαν σε καμία επεξεργασία πριν από τη δοκιμή.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι τα παράγωγα κυτταρίνης είναι κατασκευασμένα από κυτταρίνη, οι δύο δομές είναι κοντινές και οι επιφανειακές ιδιότητες της κυτταρίνης έχουν αναφερθεί στη βιβλιογραφία, επομένως αυτό το έγγραφο χρησιμοποιεί κυτταρίνη ως πρότυπο δείγμα. Το δείγμα κυτταρίνης που χρησιμοποιήθηκε είχε την κωδική ονομασία C8002 και αγοράστηκε απόΚΙΜΑ, CN. Το δείγμα δεν υποβλήθηκε σε καμία επεξεργασία κατά τη διάρκεια της δοκιμής.

Τα αντιδραστήρια που χρησιμοποιήθηκαν στο πείραμα είναι: αιθάνιο, διιωδομεθάνιο, απιονισμένο νερό, φορμαμίδιο, τολουόλιο, χλωροφόρμιο. Όλα τα υγρά ήταν αναλυτικά καθαρά προϊόντα εκτός από το νερό που ήταν εμπορικά διαθέσιμο.

1.2 Πειραματική μέθοδος

Σε αυτό το πείραμα, υιοθετήθηκε η τεχνική αποστράγγισης στήλης και ένα τμήμα (περίπου 10 cm) μιας τυπικής πιπέτας με εσωτερική διάμετρο 3 mm κόπηκε ως σωλήνας στήλης. Βάλτε 200 mg δείγματος σκόνης στο σωλήνα στήλης κάθε φορά, στη συνέχεια ανακινήστε το για να γίνει ομοιόμορφο και τοποθετήστε το κάθετα στον πάτο του γυάλινου δοχείου με εσωτερική διάμετρο περίπου 3 cm, έτσι ώστε το υγρό να μπορεί να προσροφηθεί αυθόρμητα. Ζυγίστε 1 mL του προς δοκιμή υγρού και βάλτε το σε γυάλινο δοχείο και καταγράψτε ταυτόχρονα τον χρόνο βύθισης t και την απόσταση βύθισης X. Όλα τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου (25±1°ΝΤΟ). Κάθε δεδομένα είναι ο μέσος όρος τριών επαναληπτικών πειραμάτων.

1.3 Υπολογισμός πειραματικών δεδομένων

Η θεωρητική βάση για την εφαρμογή της τεχνικής wicking στήλης για τη δοκιμή της επιφανειακής ενέργειας των υλικών σκόνης είναι η εξίσωση εμποτισμού Washburn (Washburn penetration equation).

1.3.1 Προσδιορισμός της τριχοειδούς αποτελεσματικής ακτίνας Reff του μετρούμενου δείγματος

Κατά την εφαρμογή της φόρμουλας εμβάπτισης Washburn, η προϋπόθεση για την επίτευξη πλήρους διαβροχής είναι cos=1. Αυτό σημαίνει ότι όταν ένα υγρό επιλέγεται να βυθιστεί σε ένα στερεό για να επιτευχθεί μια πλήρως υγρή κατάσταση, μπορούμε να υπολογίσουμε την τριχοειδική αποτελεσματική ακτίνα Reff του μετρούμενου δείγματος δοκιμάζοντας την απόσταση και το χρόνο βύθισης σύμφωνα με μια ειδική περίπτωση του τύπου εμβάπτισης Washburn.

1.3.2 Υπολογισμός δύναμης Lifshitz-van der Waals για το μετρούμενο δείγμα

Σύμφωνα με τους συνδυαστικούς κανόνες του van Oss-Chaudhury-Good, η σχέση μεταξύ των αντιδράσεων μεταξύ υγρών και στερεών.

1.3.3 Υπολογισμός της οξεοβασικής δύναμης Lewis των μετρούμενων δειγμάτων

Γενικά, οι οξεοβασικές ιδιότητες των στερεών εκτιμώνται από δεδομένα εμποτισμένα με νερό και φορμαμίδιο. Αλλά σε αυτό το άρθρο, διαπιστώσαμε ότι δεν υπάρχει πρόβλημα όταν χρησιμοποιείτε αυτό το ζεύγος πολικών υγρών για τη μέτρηση της κυτταρίνης, αλλά στη δοκιμή αιθέρα κυτταρίνης, επειδή το ύψος βύθισης του συστήματος πολικού διαλύματος νερού/φορμαμιδίου σε αιθέρα κυτταρίνης είναι πολύ χαμηλό , καθιστώντας πολύ δύσκολη την καταγραφή του χρόνου. Ως εκ τούτου, επιλέχθηκε το σύστημα διαλύματος τολουολίου/χλωροφορμίου που εισήγαγε η Chibowsk. Σύμφωνα με τον Chibowski, ένα σύστημα πολικού διαλύματος τολουολίου/χλωροφορμίου είναι επίσης μια επιλογή. Αυτό συμβαίνει επειδή αυτά τα δύο υγρά έχουν πολύ ιδιαίτερη οξύτητα και αλκαλικότητα, για παράδειγμα, το τολουόλιο δεν έχει οξύτητα Lewis και το χλωροφόρμιο δεν έχει αλκαλικότητα Lewis. Προκειμένου να έρθουν τα δεδομένα που λαμβάνονται από το σύστημα διαλύματος τολουολίου/χλωροφορμίου πιο κοντά στο συνιστώμενο σύστημα πολικού διαλύματος νερού/φορμαμιδίου, χρησιμοποιούμε αυτά τα δύο πολικά υγρά συστήματα για να ελέγξουμε την κυτταρίνη ταυτόχρονα και στη συνέχεια να λάβουμε τους αντίστοιχους συντελεστές διαστολής ή συστολής πριν την εφαρμογή Τα δεδομένα που λαμβάνονται με εμποτισμό αιθέρα κυτταρίνης με τολουόλιο/χλωροφόρμιο είναι κοντά στα συμπεράσματα που προκύπτουν για το σύστημα νερού/φορμαμιδίου. Δεδομένου ότι οι αιθέρες κυτταρίνης προέρχονται από κυτταρίνη και υπάρχει μια πολύ παρόμοια δομή μεταξύ των δύο, αυτή η μέθοδος εκτίμησης μπορεί να είναι έγκυρη.

1.3.4 Υπολογισμός συνολικής ελεύθερης ενέργειας επιφάνειας

2. Αποτελέσματα και Συζήτηση

2.1 Πρότυπο κυτταρίνης

Δεδομένου ότι τα αποτελέσματα των δοκιμών μας σε πρότυπα δείγματα κυτταρίνης διαπίστωσαν ότι αυτά τα δεδομένα συμφωνούν καλά με αυτά που αναφέρονται στη βιβλιογραφία, είναι λογικό να πιστεύουμε ότι τα αποτελέσματα των δοκιμών σε αιθέρες κυτταρίνης θα πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη.

2.2 Αποτελέσματα δοκιμής και συζήτηση για αιθέρα κυτταρίνης

Κατά τη διάρκεια της δοκιμής αιθέρα κυτταρίνης, είναι πολύ δύσκολο να καταγραφεί η απόσταση και ο χρόνος βύθισης λόγω του πολύ μικρού ύψους βύθισης του νερού και του φορμαμιδίου. Επομένως, αυτή η εργασία επιλέγει το σύστημα διαλύματος τολουολίου/χλωροφορμίου ως εναλλακτική λύση και εκτιμά την οξύτητα Lewis του αιθέρα κυτταρίνης με βάση τα αποτελέσματα δοκιμών νερού/φορμαμιδίου και τολουολίου/χλωροφορμίου στην κυτταρίνη και την αναλογική σχέση μεταξύ των δύο συστημάτων διαλύματος. και αλκαλική ισχύ.

Λαμβάνοντας την κυτταρίνη ως πρότυπο δείγμα, δίνεται μια σειρά από χαρακτηριστικά οξέος-βάσης αιθέρων κυτταρίνης. Δεδομένου ότι το αποτέλεσμα του εμποτισμού αιθέρα κυτταρίνης με τολουόλιο/χλωροφόρμιο ελέγχεται άμεσα, είναι πειστικό.

Αυτό σημαίνει ότι ο τύπος και το μοριακό βάρος των υποκαταστατών επηρεάζουν τις ιδιότητες οξέος-βάσης του αιθέρα κυτταρίνης και τη σχέση μεταξύ των δύο υποκαταστατών, του υδροξυπροπυλίου και του υδροξυπροπυλμεθυλίου, στις ιδιότητες οξέος-βάσης του αιθέρα κυτταρίνης και του μοριακού βάρους εντελώς αντίθετη. Αλλά θα μπορούσε επίσης να σχετίζεται με το γεγονός ότι οι βουλευτές είναι μικτές υποκαταστάτες.

Δεδομένου ότι οι υποκαταστάτες του MO43 και του K8913 είναι διαφορετικοί και έχουν το ίδιο μοριακό βάρος, για παράδειγμα, ο υποκαταστάτης του πρώτου είναι υδροξυμεθύλιο και ο υποκαταστάτης του δεύτερου είναι το υδροξυπροπύλιο, αλλά το μοριακό βάρος και των δύο είναι 100.000, επομένως σημαίνει επίσης ότι το υπόθεση του ίδιου μοριακού βάρους Υπό τις περιστάσεις, τα S+ και S- της ομάδας υδροξυμεθυλίου μπορεί να είναι μικρότερα από την ομάδα υδροξυπροπυλίου. Αλλά ο βαθμός υποκατάστασης είναι επίσης δυνατός, γιατί ο βαθμός υποκατάστασης του Κ8913 είναι περίπου 3,00, ενώ του ΜΟ43 είναι μόνο 1,90.

Δεδομένου ότι ο βαθμός υποκατάστασης και οι υποκαταστάτες των Κ8913 και Κ9113 είναι οι ίδιοι αλλά μόνο το μοριακό βάρος είναι διαφορετικό, η σύγκριση μεταξύ των δύο δείχνει ότι το S+ της υδροξυπροπυλοκυτταρίνης μειώνεται με την αύξηση του μοριακού βάρους, αλλά το S- αυξάνεται αντίθετα. .

Από τη σύνοψη των αποτελεσμάτων των δοκιμών της επιφανειακής ενέργειας όλων των αιθέρων κυτταρίνης και των συστατικών τους, μπορεί να φανεί ότι είτε πρόκειται για κυτταρίνη είτε για αιθέρα κυτταρίνης, το κύριο συστατικό της επιφανειακής τους ενέργειας είναι η δύναμη Lifshitz-van der Waals, που αντιπροσωπεύει περίπου 98%~99%. Επιπλέον, οι δυνάμεις Lifshitz-van der Waals αυτών των μη ιοντικών αιθέρων κυτταρίνης (εκτός του ΜΟ43) είναι επίσης ως επί το πλείστον μεγαλύτερες από εκείνες της κυτταρίνης, πράγμα που δείχνει ότι η διαδικασία αιθεροποίησης της κυτταρίνης είναι επίσης μια διαδικασία αύξησης των δυνάμεων Lifshitz-van der Waals. Και αυτές οι αυξήσεις οδηγούν στο ότι η επιφανειακή ενέργεια του αιθέρα κυτταρίνης είναι μεγαλύτερη από εκείνη της κυτταρίνης. Αυτό το φαινόμενο είναι πολύ ενδιαφέρον επειδή αυτοί οι αιθέρες κυτταρίνης χρησιμοποιούνται συνήθως στην παραγωγή επιφανειοδραστικών ουσιών. Αλλά τα δεδομένα είναι αξιοσημείωτα, όχι μόνο επειδή τα δεδομένα σχετικά με το πρότυπο δείγμα αναφοράς που δοκιμάστηκε σε αυτό το πείραμα είναι εξαιρετικά συνεπή με την τιμή που αναφέρεται στη βιβλιογραφία, τα δεδομένα για το πρότυπο δείγμα αναφοράς είναι εξαιρετικά συνεπή με την τιμή που αναφέρεται στη βιβλιογραφία, για Παράδειγμα: όλη αυτή η κυτταρίνη Το SAB των αιθέρων είναι σημαντικά μικρότερο από αυτό της κυτταρίνης, και αυτό οφείλεται στις πολύ μεγάλες βάσεις Lewis τους. Υπό την προϋπόθεση του ίδιου υποκαταστάτη και του ίδιου βαθμού υποκατάστασης, η ελεύθερη επιφανειακή ενέργεια της υδροξυπροπυλοκυτταρίνης είναι ανάλογη με το μοριακό βάρος. ενώ η ελεύθερη επιφανειακή ενέργεια της υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης είναι ανάλογη του βαθμού υποκατάστασης και αντιστρόφως ανάλογη με το μοριακό βάρος.

Επιπλέον, επειδή οι αιθέρες κυτταρίνης έχουν μεγαλύτερο SLW από την κυτταρίνη, αλλά γνωρίζουμε ήδη ότι η διασπορά τους είναι καλύτερη από την κυτταρίνη, επομένως μπορεί να θεωρηθεί προκαταρκτικά ότι το κύριο συστατικό του SLW που αποτελεί τους μη ιονικούς αιθέρες κυτταρίνης θα πρέπει να είναι η δύναμη του Λονδίνου.

3. Συμπέρασμα

Μελέτες έχουν δείξει ότι ο τύπος του υποκαταστάτη, ο βαθμός υποκατάστασης και το μοριακό βάρος έχουν μεγάλη επίδραση στην επιφανειακή ενέργεια και τη σύνθεση του μη ιοντικού αιθέρα κυτταρίνης. Και αυτό το αποτέλεσμα φαίνεται να έχει την εξής κανονικότητα:

(1) Το S+ του μη ιοντικού αιθέρα κυτταρίνης είναι μικρότερο από το S-.

(2) Η επιφανειακή ενέργεια του μη ιοντικού αιθέρα κυτταρίνης κυριαρχείται από τη δύναμη Lifshitz-van der Waals.

(3) Το μοριακό βάρος και οι υποκαταστάτες έχουν επίδραση στην επιφανειακή ενέργεια των μη ιοντικών αιθέρων κυτταρίνης, αλλά εξαρτάται κυρίως από τον τύπο των υποκαταστατών.

(4) Υπό την προϋπόθεση του ίδιου υποκαταστάτη και του ίδιου βαθμού υποκατάστασης, η ελεύθερη επιφανειακή ενέργεια της υδροξυπροπυλοκυτταρίνης είναι ανάλογη με το μοριακό βάρος. ενώ η ελεύθερη επιφανειακή ενέργεια της υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης είναι ανάλογη του βαθμού υποκατάστασης και αντιστρόφως ανάλογη με το μοριακό βάρος.

(5) Η διαδικασία αιθεροποίησης της κυτταρίνης είναι μια διαδικασία κατά την οποία αυξάνεται η δύναμη Lifshitz-van der Waals και είναι επίσης μια διαδικασία κατά την οποία η οξύτητα Lewis μειώνεται και η αλκαλικότητα Lewis αυξάνεται.