Ordezkatzaileen eta pisu molekularraren eraginak zelulosa ez-ionikoaren eteraren gainazaleko propietateetan

Washburn-en inpregnazioaren teoriaren (Penetration Theory) eta van Oss-Good-Chaudhury-ren konbinazio teoriaren (Combining Theory) eta zutabe-metxearen teknologiaren aplikazioaren arabera (Column Wicking Technique), hainbat zelulosa-eter ez-ioniko, metil zelulosa adibidez. zelulosa, hidroxipropil zelulosa eta hidroxipropil metilzelulosa probatu ziren. Zelulosa-eter horien ordezkatzaile, ordezkapen-maila eta pisu molekular desberdinak direla eta, haien gainazaleko energiak eta osagaiak nabarmen desberdinak dira. Datuek erakusten dute zelulosa-eter ez-ionikoaren Lewis basea Lewis azidoa baino handiagoa dela, eta gainazaleko energia librearen osagai nagusia Lifshitz-van der Waals indarra dela. Hidroxipropiloaren gainazaleko energia eta bere konposizioa hidroximetilarena baino handiagoak dira. Ordezkatzaile eta ordezkapen-maila beraren premisaren arabera, hidroxipropil zelulosaren gainazaleko energia askea pisu molekularrarekiko proportzionala da; hidroxipropil metilzelulosaren gainazaleko energia askea ordezkapen-graduarekiko proportzionala eta pisu molekularrarekiko alderantziz proportzionala da. Esperimentuak aurkitu zuen, halaber, ordezko hidroxipropilo eta hidroxipropilmetilo zelulosa-eter ez-ionikoaren gainazaleko energia zelulosaren gainazaleko energia baino handiagoa dela dirudi, eta esperimentuak frogatzen du probatutako zelulosaren gainazaleko energia eta bere konposizioa. literaturarekin bat datorrena.

Hitz gakoak: zelulosa-eter ez-ionikoak; ordezkatzaileak eta ordezkapen graduak; pisu molekularra; gainazaleko propietateak; metxa teknologia

Zelulosa-eterra zelulosa-deribatuen kategoria handi bat da, eta eter-eterren ordezkatzaileen egitura kimikoaren arabera eter anioniko, katioiko eta ez-ionikoetan bana daitekeena. Zelulosa-eterra polimeroen kimikan ikertu eta ekoitzitako lehen produktuetako bat da. Orain arte, zelulosa-eterra oso erabilia izan da medikuntzan, higienean, kosmetikan eta elikagaien industrian.

Zelulosa eterak, hala nola, hidroximetilzelulosa, hidroxipropilzelulosa eta hidroxipropilmetilzelulosa, industrialki ekoitzi diren arren eta haien propietate asko aztertu diren arren, orain arte ez dira haien gainazaleko energia, azidoaren propietate erreaktiboak Alkali-erreaktiboak jakinarazi. Produktu horietako gehienak ingurune likidoan erabiltzen direnez eta gainazaleko ezaugarriek, batez ere azido-base erreakzioen ezaugarriek, erabileran eragina izango dutelako, oso beharrezkoa da zelulosa-eter komertzial honen gainazaleko ezaugarri kimikoak aztertzea eta ulertzea.

Kontuan izanda zelulosa deribatuen laginak prestaketa-baldintzen aldaketarekin oso erraz aldatzen direla, lan honek produktu komertzialak erabiltzen ditu lagin gisa haien gainazaleko energia ezaugarritzeko, eta horretan oinarrituta, horrelako produktuen ordezkoek eta pisu molekularrek gainazalean duten eragina. propietateak aztertzen dira.

1. Zati esperimentala

1.1 Lehengaiak

Esperimentuan erabilitako zelulosa-eter ez-ionikoa honen produktua daKIMA CHEMICAL CO.,LTD,. Laginak ez ziren inolako tratamendurik egin probaren aurretik.

Zelulosa-deribatuak zelulosaz eginak direla kontuan hartuta, bi egiturak hurbil daude, eta zelulosaren gainazaleko propietateak literaturan jakinarazi dira, beraz, lan honek zelulosa erabiltzen du lagin estandar gisa. Erabilitako zelulosa lagina C8002 kode-izena zuen eta bertatik erosi zenKIMA, CN. Laginak ez zuen inolako tratamendurik jaso proban.

Esperimentuan erabilitako erreaktiboak hauek dira: etanoa, diiodometanoa, ur desionizatua, formamida, toluenoa, kloroformoa. Likido guztiak analitikoki produktu puruak ziren, komertzialki eskuragarri zegoen ura izan ezik.

1.2 Metodo esperimentala

Esperimentu honetan, zutabeak kentzeko teknika hartu zen, eta 3 mm-ko barruko diametroa duen pipeta estandar baten sekzio bat (10 cm ingurukoa) moztu zen zutabe-hodi gisa. Jarri 200 mg hauts lagin zutabe-hodian aldi bakoitzean, gero astindu uniformea ​​izan dadin eta jarri bertikalki 3 cm inguruko barruko diametroa duen beirazko ontziaren hondoan, likidoa berez xurgatu ahal izateko. Pisatu probatu nahi den likidoaren 1 ml eta beirazko ontzi batean sartu, eta aldi berean murgiltze denbora t eta murgiltze distantzia X erregistratu. Esperimentu guztiak giro-tenperaturan egin ziren (25±1°C). Datu bakoitza hiru esperimentu errepikatuen batez bestekoa da.

1.3 Datu esperimentalen kalkulua

Hauts-materialen gainazaleko energia probatzeko zutabeak kentzeko teknika aplikatzeko oinarri teorikoa Washburn inpregnazio-ekuazioa (Washburn-en sartze-ekuazioa) da.

1.3.1 Neurtutako laginaren Reff erradio eraginkor kapilarra zehaztea

Washburn murgiltze formula aplikatzean, erabateko bustidura lortzeko baldintza cos=1 da. Horrek esan nahi du likido bat solido batean murgiltzeko aukeratzen denean guztiz hezea den egoera lortzeko, neurtutako laginaren Reff erradio eraginkor kapilarra kalkula dezakegula murgiltze distantzia eta denbora Washburn murgiltze formularen kasu berezi baten arabera probatuz.

1.3.2 Lifshitz-van der Waals indarraren kalkulua neurtutako laginarentzat

Van Oss-Chaudhury-Good-en konbinazio-arauen arabera, likidoen eta solidoen arteko erreakzioen arteko erlazioa.

1.3.3 Neurtutako laginen Lewis azido-base indarraren kalkulua

Oro har, solidoen azido-base propietateak urez eta formamidaz bustitako datuen arabera kalkulatzen dira. Baina artikulu honetan, aurkitu dugu ez dagoela arazorik likido polar pare hau zelulosa neurtzeko erabiltzean, zelulosa eteraren proban baizik, ur/formamida disoluzio sistema polarraren murgiltze altuera zelulosa eteran baxuegia delako. , denbora grabatzea oso zaila eginez. Hori dela eta, Chibowskek sartutako tolueno/kloroformo disoluzio-sistema aukeratu zen. Chibowskiren arabera, tolueno/kloroformo disoluzio polarreko sistema ere aukera bat da. Hau da, bi likido hauek azidotasun eta alkalinitate oso berezia dutelako, adibidez, toluenoak ez du Lewis azidotasunik eta kloroformoak ez du Lewisen alkalinitaterik. Tolueno/kloroformo-disoluzio-sistemak gomendatutako disoluzio-sistemara hurbiltzeko, bi sistema likido polar hauek erabiltzen ditugu zelulosa probatzeko, eta gero dagozkion hedapen- edo uzkurtze-koefizienteak lortzeko. aplikatu aurretik Zelulosa-eterra tolueno/kloroformoz bustiz lortutako datuak ur/formamida sistemarako lortutako ondorioetatik hurbil daude. Zelulosa-eterak zelulosatik eratorriak direnez eta bien artean oso antzeko egitura dagoenez, balioespen-metodo hau baliogarria izan daiteke.

1.3.4 Azaleko energia libre osoaren kalkulua

2. Emaitzak eta Eztabaida

2.1 Zelulosa estandarra

Zelulosa-lagin estandarrei buruzko gure proben emaitzek datu hauek literaturan jasotakoekin bat datozela ikusi dutenez, arrazoizkoa da zelulosa-eterrei buruzko proben emaitzak ere kontuan hartu behar direla uste izatea.

2.2 Proben emaitzak eta zelulosa eteraren eztabaida

Zelulosa eteraren proban, oso zaila da murgiltze-distantzia eta denbora grabatzea, uraren eta formamidaren murgiltze-altuera oso baxuaren ondorioz. Hori dela eta, lan honek tolueno/kloroformo disoluzio-sistema aukeratzen du soluzio alternatibo gisa, eta zelulosa-eterren Lewis-en azidotasuna estimatzen du zelulosako ur/formamida eta tolueno/kloroformoen proben emaitzetan eta bi disoluzio-sistemen arteko erlazio proportzionalean oinarrituta. eta potentzia alkalinoa.

Zelulosa lagin estandar gisa hartuta, zelulosa-eterren azido-base ezaugarri batzuk ematen dira. Tolueno/kloroformoz zelulosa-eterra bustitzearen emaitza zuzenean probatzen denez, sinesgarria da.

Horrek esan nahi du ordezkatzaileen motak eta pisu molekularra zelulosa eteraren azido-base propietateetan eta bi ordezkatzaileen arteko erlazioak, hidroxipropilo eta hidroxipropilmetiloa, zelulosa eteraren azido-base propietateetan eta pisu molekularra guztiz kontrakoa. Baina diputatuak ordezkatzaile mistoak izatearekin ere zerikusia izan liteke.

MO43 eta K8913-ren ordezkatzaileak desberdinak direnez eta pisu molekular bera dutenez, adibidez, lehenengoaren ordezkoa hidroximetiloa da eta bigarrenaren ordezkoa hidroxipropiloa, baina bien pisu molekularra 100.000 da, beraz, esan nahi du Pisu molekular bereko premisa Egoera horietan, hidroximetil taldearen S+ eta S- hidroxipropil taldea baino txikiagoak izan daitezke. Baina ordezkapen-gradua ere posible da, K8913-ren ordezkapen-gradua 3,00 ingurukoa delako, eta MO43-arena 1,90 baino ez baita.

K8913 eta K9113-en ordezkapen-maila eta ordezkatzaileak berdinak direnez baina pisu molekularra bakarrik desberdina denez, bien arteko konparaketak erakusten du hidroxipropil zelulosa-ren S+ pisu molekularra hazi ahala gutxitzen dela, baina S- handitzen da, aitzitik. .

Zelulosa-eter guztien gainazaleko energiaren eta haien osagaien proben emaitzen laburpenaren arabera, ikus daiteke zelulosa edo zelulosa-eterra izan, gainazaleko energiaren osagai nagusia Lifshitz-van der Waals indarra dela, hau da, %98 ~%99 inguru. Gainera, zelulosa-eter ez-ioniko hauen Lifshitz-van der Waals indarrak (MO43 izan ezik) zelulosakoak baino handiagoak dira gehienbat, eta horrek adierazten du zelulosaren eterifikazio-prozesua Lifshitz-van der Waals-en indarrak handitzeko prozesua ere badela. Eta igoera hauek zelulosa eteraren gainazaleko energia zelulosarena baino handiagoa izatea dakar. Fenomeno hau oso interesgarria da, zelulosa-eter hauek surfaktanteen ekoizpenean erabili ohi direlako. Baina datua aipagarria da, ez bakarrik esperimentu honetan probatu den erreferentziako lagin estandarraren inguruko datuak literaturan adierazitako balioarekin oso koherenteak direlako, erreferentziako lagin estandarraren inguruko datuak literaturan adierazitako balioarekin oso koherenteak direlako, izan ere. adibidea: zelulosa horiek guztiak Eterren SAB zelulosarena baino nabarmen txikiagoa da, eta hori Lewis-eko base oso handiengatik gertatzen da. Ordezkatzaile eta ordezkapen-maila beraren premisaren arabera, hidroxipropil zelulosaren gainazaleko energia askea pisu molekularrarekiko proportzionala da; hidroxipropil metilzelulosaren gainazaleko energia askea ordezkapen-graduarekiko proportzionala eta pisu molekularrarekiko alderantziz proportzionala da.

Horrez gain, zelulosa-eterek zelulosa baino SLW handiagoa dutelako, baina dagoeneko badakigu haien barreigarritasuna zelulosa baino hobea dela, beraz, aldez aurretik, zelulosa-eter ez-ionikoak osatzen dituzten SLWren osagai nagusia Londresko indarra izan beharko litzateke.

3. Ondorioa

Ikerketek frogatu dute ordezkatzaile motak, ordezkapen-mailak eta pisu molekularra eragin handia dutela zelulosa-eter ez-ionikoaren gainazaleko energian eta konposizioan. Eta efektu honek erregulartasun hau duela dirudi:

(1) Zelulosa-eter ez-ionikoaren S+ S- baino txikiagoa da.

(2) Zelulosa-eter ez-ionikoaren gainazaleko energia Lifshitz-van der Waals indarra da nagusi.

(3) Pisu molekularrak eta ordezkatzaileek zelulosa-eter ez-ionikoen gainazaleko energian eragina dute, baina batez ere ordezkatzaile motaren araberakoa da.

(4) Ordezkatzaile eta ordezkapen maila beraren premisaren arabera, hidroxipropil zelulosaren gainazaleko energia askea pisu molekularrarekiko proportzionala da; hidroxipropil metilzelulosaren gainazaleko energia askea ordezkapen-graduarekiko proportzionala eta pisu molekularrarekiko alderantziz proportzionala da.

(5) Zelulosaren eterifikazio-prozesua Lifshitz-van der Waals-en indarra handitzen den prozesu bat da, eta Lewis-en azidotasuna gutxitzen den eta Lewis-en alkalinitatea handitzen den prozesua ere bada.