Asendajate ja molekulmassi mõju mitteioonse tsellulooseetri pinnaomadustele

Vastavalt Washburni immutusteooriale (Penetration Theory) ja van Oss-Good-Chaudhury kombinatsiooniteooriale (Combining Theory) ja sammastahi tehnoloogia rakendamisele (Column Wicking Technique) on mitmed mitteioonsed tselluloosi eetrid, näiteks metüültselluloos. testiti tselluloosi, hüdroksüpropüültselluloosi ja hüdroksüpropüülmetüültselluloosi. Nende tsellulooseetrite erinevate asendajate, asendusastmete ja molekulmasside tõttu on nende pinnaenergia ja komponendid oluliselt erinevad. Andmed näitavad, et mitteioonse tsellulooseetri Lewise alus on suurem kui Lewise hape ja pinna vaba energia põhikomponent on Lifshitz-van der Waalsi jõud. Hüdroksüpropüüli pinnaenergia ja selle koostis on suuremad kui hüdroksümetüülil. Sama asendaja ja asendusastme eeldusel on hüdroksüpropüültselluloosi pinna vaba energia proportsionaalne molekulmassiga; samas kui hüdroksüpropüülmetüültselluloosi pinnavaba energia on võrdeline asendusastmega ja pöördvõrdeline molekulmassiga. Katses selgus ka, et mitteioonses tselluloosi eetris oleva asendaja hüdroksüpropüül- ja hüdroksüpropüülmetüüli pinnaenergia näib olevat suurem kui tselluloosi pinnaenergia ning katse tõestab, et testitava tselluloosi pinnaenergia ja selle koostis Andmed on kooskõlas kirjandusega.

Võtmesõnad: mitteioonsed tselluloosi eetrid; asendajad ja asendusastmed; molekulmass; pinna omadused; wick tehnoloogia

Tsellulooseeter on suur kategooria tselluloosi derivaate, mille saab vastavalt eetri asendajate keemilisele struktuurile jagada anioonseteks, katioonseteks ja mitteioonseteks eetriteks. Tsellulooseeter on ka üks varasemaid polümeerikeemias uuritud ja toodetud tooteid. Seni on tsellulooseetrit laialdaselt kasutatud meditsiinis, hügieenis, kosmeetikas ja toiduainetööstuses.

Kuigi tselluloosi eetreid, nagu hüdroksümetüültselluloos, hüdroksüpropüültselluloos ja hüdroksüpropüülmetüültselluloos, on toodetud tööstuslikult ja paljusid nende omadusi on uuritud, ei ole nende pinnaenergiat, happe leelisreaktiivseid omadusi seni kirjeldatud. Kuna enamikku neist toodetest kasutatakse vedelas keskkonnas ja pinna omadused, eriti happe-aluse reaktsiooni omadused, mõjutavad tõenäoliselt nende kasutamist, on väga vaja uurida ja mõista selle kaubandusliku tsellulooseetri pinna keemilisi omadusi.

Arvestades, et tselluloosi derivaatide proove on valmistamistingimuste muutudes väga lihtne muuta, on käesolevas töös kasutatud proovidena kaubanduslikke tooteid nende pinnaenergia iseloomustamiseks ning sellest lähtuvalt ka selliste toodete asendajate ja molekulmasside mõju pinnale. omadusi uuritakse.

1. Eksperimentaalne osa

1.1 Tooraine

Katses kasutatud mitteioonne tsellulooseeter on toodeKIMA CHEMICAL CO., LTD,. Enne testimist proove ei töödeldud.

Arvestades, et tselluloosi derivaadid on valmistatud tselluloosist, on need kaks struktuuri lähedased ja tselluloosi pinnaomadusi on kirjanduses kirjeldatud, seega kasutatakse käesolevas artiklis standardproovina tselluloosi. Kasutatud tselluloosiproov kandis koodnimetust C8002 ja see osteti ettevõtteltKIMA, CN. Proovi ei töödeldud testi ajal.

Katses kasutatud reaktiivid on: etaan, dijodometaan, deioniseeritud vesi, formamiid, tolueen, kloroform. Kõik vedelikud olid analüütiliselt puhtad tooted, välja arvatud vesi, mis oli kaubanduslikult saadaval.

1.2 Eksperimentaalne meetod

Selles katses kasutati kolonni imemise tehnikat ja kolonni toruks lõigati standardpipetti lõik (umbes 10 cm) siseläbimõõduga 3 mm. Pange iga kord kolonni torusse 200 mg pulbrilist proovi, seejärel raputage seda ühtlaseks ja asetage see vertikaalselt umbes 3 cm siseläbimõõduga klaasanuma põhjale, et vedelik saaks iseeneslikult adsorbeerida. Kaaluge 1 ml testitavat vedelikku ja asetage see klaasnõusse ning registreerige samaaegselt sukeldusaeg t ja sukeldumiskaugus X. Kõik katsed viidi läbi toatemperatuuril (25±1°C). Kõik andmed on kolme korduskatse keskmine.

1.3 Katseandmete arvutamine

Kolonni immutustehnika rakendamise teoreetiliseks aluseks pulbermaterjalide pinnaenergia testimisel on Washburni immutusvõrrand (Washburn penetration equation).

1.3.1 Mõõdetud proovi kapillaari efektiivse raadiuse Reff määramine

Washburni sukeldusvalemi rakendamisel on täieliku märgumise saavutamise tingimus cos=1. See tähendab, et kui vedelik valitakse täielikult märja seisundi saavutamiseks tahkesse ainesse sukeldamiseks, saame arvutada mõõdetud proovi kapillaari efektiivse raadiuse Reff, testides sukeldumiskaugust ja aega vastavalt Washburni keelekümblusvalemi erijuhtumile.

1.3.2 Lifshitz-van der Waalsi jõu arvutamine mõõdetud proovi jaoks

Vastavalt van Oss-Chaudhury-Goodi kombineerimisreeglitele vedelike ja tahkete ainete vaheliste reaktsioonide seos.

1.3.3 Mõõdetud proovide Lewise happe-aluse jõu arvutamine

Üldiselt hinnatakse tahkete ainete happe-aluselisi omadusi vee ja formamiidiga immutatud andmete põhjal. Kuid selles artiklis leidsime, et selle polaarse vedeliku paari kasutamisel tselluloosi mõõtmiseks pole probleemi, vaid tsellulooseetri testimisel, kuna vee/formamiidi polaarse lahuse süsteemi sukeldumiskõrgus tsellulooseetris on liiga madal. , muutes aja salvestamise väga keeruliseks. Seetõttu valiti Chibowski poolt kasutusele võetud tolueeni/kloroformi lahuse süsteem. Chibowski sõnul on valik ka tolueeni/kloroformi polaarlahuse süsteem. Seda seetõttu, et neil kahel vedelikul on väga eriline happesus ja aluselisus, näiteks tolueenil puudub Lewise happesus ja kloroformil Lewise aluselisus. Et tolueeni/kloroformi lahuse süsteemiga saadud andmed lähendada soovitatud vee/formamiidi polaarse lahuse süsteemile, kasutame neid kahte polaarset vedelat süsteemi samaaegselt tselluloosi testimiseks ja seejärel vastavate paisumis- või kokkutõmbumiskoefitsientide saamiseks. enne pealekandmist Tsellulooseetri impregneerimisel tolueeni/kloroformiga saadud andmed on lähedased vee/formamiidi süsteemi puhul saadud järeldustele. Kuna tselluloosi eetrid saadakse tselluloosist ja nende kahe vahel on väga sarnane struktuur, võib see hindamismeetod kehtida.

1.3.4 Kogu pinna vaba energia arvutamine

2. Tulemused ja arutelu

2.1 Tselluloosi standard

Kuna meie katsetulemused tselluloosi standardproovide kohta näitasid, et need andmed on hästi kooskõlas kirjanduses avaldatutega, on mõistlik arvata, et arvesse tuleks võtta ka tselluloosi eetrite testitulemusi.

2.2 Katsetulemused ja tsellulooseetri arutelu

Tsellulooseetri testimisel on vee ja formamiidi väga madala sukeldumiskõrguse tõttu sukeldumiskaugust ja aega väga raske registreerida. Seetõttu valitakse käesolevas artiklis alternatiivseks lahenduseks tolueeni/kloroformi lahuse süsteem ja hinnatakse tsellulooseetri Lewise happesust vee/formamiidi ja tolueeni/kloroformi tselluloosi katsetulemuste ning kahe lahusesüsteemi vahelise proportsionaalse suhte alusel. ja leeliseline jõud.

Võttes tselluloosi standardproovina, on antud rida tselluloosi eetrite happe-aluse karakteristikuid. Kuna tsellulooseetri tolueeni/kloroformiga immutamise tulemust testitakse vahetult, on see veenev.

See tähendab, et asendajate tüüp ja molekulmass mõjutavad tsellulooseetri happe-aluse omadusi ning kahe asendaja, hüdroksüpropüüli ja hüdroksüpropüülmetüüli, vahelist seost tsellulooseetri happe-aluse omaduste ja molekulmassi vahel on täiesti vastupidine. Kuid see võib olla seotud ka sellega, et parlamendiliikmed on segaasendajad.

Kuna MO43 ja K8913 asendajad on erinevad ja sama molekulmassiga, on näiteks esimese asendajaks hüdroksümetüül ja teise asendajaks hüdroksüpropüül, kuid mõlema molekulmass on 100 000, siis tähendab see ka seda, et sama molekulmassiga eeldus Antud asjaoludel võivad hüdroksümetüülrühma S+ ja S- olla väiksemad kui hüdroksüpropüülrühmad. Kuid ka asendusaste on võimalik, kuna K8913 asendusaste on umbes 3,00, samas kui MO43 asendusaste on ainult 1,90.

Kuna K8913 ja K9113 asendusaste ja asendajad on samad, kuid erinev on ainult molekulmass, siis nende kahe võrdlus näitab, et hüdroksüpropüültselluloosi S+ väheneb koos molekulmassi suurenemisega, kuid S- suureneb vastupidi. .

Kõigi tselluloosi eetrite ja nende komponentide pinnaenergia katsetulemuste kokkuvõttest on näha, et olgu tegu tselluloosi või tsellulooseetriga, on nende pinnaenergia põhikomponendiks Lifshitz-van der Waalsi jõud, mis arvestab umbes 98% ~ 99%. Veelgi enam, nende mitteioonsete tsellulooseetrite (välja arvatud MO43) Lifshitz-van der Waalsi jõud on samuti enamasti suuremad kui tselluloosil, mis näitab, et tselluloosi eeterdamisprotsess on ka Lifshitz-van der Waalsi jõudude suurendamise protsess. Ja need suurenemised põhjustavad tsellulooseetri pinnaenergia suuremat kui tselluloosi. See nähtus on väga huvitav, kuna neid tselluloosi eetreid kasutatakse tavaliselt pindaktiivsete ainete tootmisel. Kuid andmed on tähelepanuväärsed, mitte ainult seetõttu, et selles katses testitud võrdlusstandardproovi andmed on äärmiselt kooskõlas kirjanduses esitatud väärtusega, vaid ka võrdlusstandardproovi andmed on äärmiselt kooskõlas kirjanduses esitatud väärtusega. näide: kõik need tselluloos Eetrite SAB on oluliselt väiksem kui tselluloosil ja selle põhjuseks on nende väga suured Lewise alused. Sama asendaja ja asendusastme eeldusel on hüdroksüpropüültselluloosi pinna vaba energia proportsionaalne molekulmassiga; samas kui hüdroksüpropüülmetüültselluloosi pinnavaba energia on võrdeline asendusastmega ja pöördvõrdeline molekulmassiga.

Lisaks, kuna tselluloosi eetrite SLW on suurem kui tselluloosil, kuid me juba teame, et nende dispergeeritavus on parem kui tselluloosil, siis võib esialgu arvata, et mitteioonsete tselluloosi eetrite moodustava SLW põhikomponendiks peaks olema Londoni jõud.

3. Järeldus

Uuringud on näidanud, et asendaja tüübil, asendusastmel ja molekulmassil on suur mõju mitteioonse tsellulooseetri pinnaenergiale ja koostisele. Ja sellel mõjul näib olevat järgmine regulaarsus:

(1) Mitteioonse tsellulooseetri S+ on väiksem kui S-.

(2) Mitteioonse tsellulooseetri pinnaenergias domineerib Lifshitz-van der Waalsi jõud.

(3) Molekulmass ja asendajad avaldavad mõju mitteioonsete tsellulooseetrite pinnaenergiale, kuid see sõltub peamiselt asendajate tüübist.

(4) Sama asendaja ja asendusastme eeldusel on hüdroksüpropüültselluloosi pinnavaba energia võrdeline molekulmassiga; samas kui hüdroksüpropüülmetüültselluloosi pinnavaba energia on võrdeline asendusastmega ja pöördvõrdeline molekulmassiga.

(5) Tselluloosi eeterdamisprotsess on protsess, mille käigus Lifshitz-van der Waalsi jõud suureneb, samuti on protsess, mille käigus Lewise happesus väheneb ja Lewise aluselisus suureneb.