Zelulosa kationikoaren eter-disoluzioaren propietateak

Karga-dentsitate handiko zelulosa-eter katioiko baten (KG-30M) disoluzio diluituaren propietateak pH balio desberdinetan aztertu ziren laser-dispertsio-tresna batekin, erradio hidrodinamikotik (Rh) angelu ezberdinetan, eta errotazio-erradio karratuaren batez bestekoa. Rg Rh-arekiko erlazioak bere forma irregularra baina esferikotik hurbil dagoela ondorioztatzen du. Ondoren, erreometroaren laguntzaz, karga-dentsitate ezberdineko zelulosa katioikoen hiru disoluzio kontzentratu aztertu ziren zehatz-mehatz, eta bere propietate reologikoetan kontzentrazioak, pH balioak eta bere karga-dentsitateak duen eragina aztertu zen. Kontzentrazioa handitu ahala, Newtonen berretzailea lehenik txikitu eta gero txikitu egin zen. Fluktuazioak edo erreboteak ere gertatzen dira, eta portaera tixotropikoa % 3an gertatzen da (masa-frakzioa). Karga-dentsitate moderatua onuragarria da zero-ebakidura biskositate handiagoa lortzeko, eta pH-ak eragin gutxi du bere biskositatean.

Hitz gakoak:zelulosa-eter kationikoa; morfologia; zero ebakidura biskositatea; erreologia

Zelulosa deribatuak eta eraldatutako polimero funtzionalak oso erabiliak izan dira produktu fisiologiko eta sanitarioen, petrokimikoen, sendagaien, elikagaien, zainketa pertsonaleko produktuen, bilgarrien, etab. alorretan. gaitasuna, oso erabilia da eguneroko produktu kimikoetan, batez ere xanpuetan, eta ilearen orraztasuna hobetu dezake xanpuatu ondoren. Aldi berean, bateragarritasun ona dela eta, bi-bateko eta osoko xanpuetan erabil daiteke. Gainera, aplikaziorako aukera ona du eta hainbat herrialderen arreta erakarri du. Literaturan jakinarazi da zelulosa deribatuen soluzioek Newtoniako fluidoa, fluido pseudoplastikoa, fluido tixotropikoa eta fluido biskoelastikoa bezalako portaerak erakusten dituztela kontzentrazioa areagotzearekin, baina zelulosa-eter katioikoaren morfologia, erreologia eta eragin-faktoreak ur-disoluzioan Gutxi daude. ikerketa-txostenak. Lan honek amonio kuaternarioaren eraldatutako zelulosa-disoluzio urtsuaren portaera erreologikoan zentratzen da, aplikazio praktikorako erreferentzia bat eskaintzeko.

1. Zati esperimentala

1.1 Lehengaiak

Zelulosa-eter kationikoa (KG-30M, JR-30M, LR-30M); Canada Dow Chemical Company produktua, Japoniako Procter & Gamble Company Kobe I+G Zentroak emandakoa, Vario EL elemental analizatzaileak (German Elemental Company), lagina Nitrogenoaren edukia % 2,7, % 1,8, % 1,0 da hurrenez hurren (karga-dentsitatea da. 1,9 Meq/g, 1,25 Meq/g, 0,7 Meq/g hurrenez hurren), eta Alemaniako ALV-5000E laser argiaren sakabanaketa tresnak (LLS) probatu du bere pisuaren batez besteko pisu molekularra 1,64 ingurukoa da.×106 g/mol.

1.2 Disoluzioa prestatzea

Lagina iragazketa, dialisi eta liofilizazio bidez araztu zen. Pisatu hiru lagin kuantitatiboko serie bat, hurrenez hurren, eta gehitu tampon-disoluzio estandarra 4,00, 6,86, 9,18 pH-arekin, beharrezko kontzentrazioa prestatzeko. Laginak guztiz disolbatu zirela ziurtatzeko, lagin-disoluzio guztiak irabiagailu magnetiko batean jarri ziren probatu aurretik 48 orduz.

1.3 Argiaren sakabanaketaren neurketa

Erabili LLS laginaren pisu-batez besteko pisu molekularra ur-disoluzio diluituan neurtzeko, erradio hidrodinamikoa eta errotazio-erradio karratua bigarren Villi koefizientea eta angelu desberdinak direnean, eta ondorioztatu zelulosa-eter katioiko hori. ur-disoluzioa bere ratio-egoeraren arabera.

1.4 Biskositatearen neurketa eta ikerketa erreologikoa

CCE disoluzio kontzentratua Brookfield RVDV-III+ erreometroak aztertu zuen, eta laginaren biskositatean bezalako propietate erreologikoetan kontzentrazioaren, karga-dentsitatearen eta pH balioaren eragina ikertu zen. Kontzentrazio altuagoetan, bere tixotropia ikertu behar da.

2. Emaitzak eta eztabaida

2.1 Argiaren sakabanaketari buruzko ikerketa

Bere egitura molekular berezia dela eta, zaila da disolbatzaile on batean ere molekula bakar baten moduan existitzea, baina zenbait mizela, multzo edo elkarte egonkorren moduan.

CCEren disoluzio urtsu diluitua (~% o,1) mikroskopio polarizatzaile batekin ikusi zenean, gurutze beltzeko eremu ortogonalaren atzealdean, "izar" puntu distiratsuak eta barra distiratsuak agertu ziren. Gainera, argiaren sakabanaketa, erradio hidrodinamiko dinamikoa pH eta angelu desberdinetan, errotazio-erradio karratuaren batez bestekoa eta Berry diagramatik lortutako bigarren Villi koefizientea ageri dira Tab. 1. 10-5eko kontzentrazioan lortutako erradio hidrodinamikoaren funtzioaren banaketa grafikoa gailur bakarra da batez ere, baina banaketa oso zabala da (1. irudia), sisteman molekula-mailako elkarteak eta agregatu handiak daudela adierazten duena. ; Aldaketak daude, eta Rg/Rb balioak 0,775 ingurukoak dira, disoluzioan CCEren forma esferikotik gertu dagoela adierazten du, baina ez da nahikoa erregularra. pH-ak Rb eta Rg-n duen eragina ez da nabaria. Buffer-soluzioko kontraioiak CCErekin elkarreragiten du bere alboko kateko karga babesteko eta uzkurtzeko, baina aldea aldatu egiten da kontraioi motaren arabera. Kargatutako polimeroen argi-dispertsioaren neurketak iraupen luzeko indar-interakzioa eta kanpoko interferentziak jasaten ditu, beraz, errore eta muga batzuk daude LLS karakterizazioan. Masa-frakzioa % 0,02 baino handiagoa denean, Rh banaketa diagraman gailur bikoitz bereizezinak edo gailur anitz daude gehienetan. Kontzentrazioa handitzen den heinean, Rh ere handitu egiten da, eta horrek adierazten du makromolekula gehiago lotzen edo are agregatzen direla. Noiz Cao et al. argiaren sakabanaketa erabili zuen karboximetil zelulosa eta gainazal-aktiboen makromeroen kopolimeroa aztertzeko, gailur bikoitz bereizezinak ere bazeuden, horietako bat 30 nm eta 100 nm artekoa zen, maila molekularrean mizelen eraketa adierazten zuena, eta bestea Rh gailurra nahikoa da. handia, agregatutzat hartzen dena, lan honetan zehaztutako emaitzen antzekoa dena.

2.2 Portaera erreologikoari buruzko ikerketa

2.2.1 Kontzentrazioaren eragina:Neurtu KG-30M disoluzioen itxurazko biskositatea ebakidura-abiadura desberdinetan kontzentrazio ezberdinekin, eta Ostwald-Dewaelek proposatutako potentzia-legearen ekuazioaren forma logaritmikoaren arabera, masa-frakzioa % 0,7 gainditzen ez duenean, eta lerro zuzen batzuen arabera. 0,99 baino handiagoak diren korrelazio-koefiziente linealekin lortu dira. Eta kontzentrazioa handitzen den heinean, Newton-en n berretzailearen balioa txikiagotzen da (denak 1 baino txikiagoak), fluido pseudoplastiko nabaria erakutsiz. Ebakidura-indarrak bultzatuta, kate makromolekularrak askatzen eta orientatzen hasten dira, beraz, biskositatea gutxitzen da. Masa-frakzioa % 0,7 baino handiagoa denean, lortutako lerro zuzenaren korrelazio lineala koefizientea txikiagotzen da (0,98 inguru), eta n gorabeherak edo are gora egiten hasten da kontzentrazioa handitzean; masa-frakzioa %3ra iristen denean (2. irudia), taula Itxurazko biskositatea lehenik eta behin handitu egiten da eta gero txikiagotu egiten da ebakidura-abiadura handitzean. Fenomeno sorta hau beste polimero anioiko eta katioiko disoluzio batzuen txostenetatik desberdina da. n balioa igotzen da, hau da, propietate ez-newtoniarra ahuldu egiten da; Fluido newtoniarra likido likatsua da, eta molekula arteko irristadura ebakidura-esfortzuaren eraginez gertatzen da, eta ezin da berreskuratu; fluido ez newtoniarra zati elastiko berreskuragarria eta zati likatsu berreskuraezina ditu. Ebakidura-tentsioaren eraginez, molekulen arteko irristadura atzeraezina gertatzen da, eta, aldi berean, makromolekulak ebakidurarekin luzatu eta orientatzen direnez, zati elastiko berreskuragarria sortzen da. Kanpoko indarra kentzen denean, makromolekulak jatorrizko forma kizkurra itzultzeko joera dute, beraz, n-ren balioa gora doa. Kontzentrazioa handituz doa sare-egitura bat osatzeko. Ebakidura-tentsioa txikia denean, ez da suntsituko, eta deformazio elastikoa bakarrik gertatuko da. Une honetan, elastikotasuna nahiko hobetuko da, biskositatea ahuldu egingo da eta n-ren balioa jaitsi egingo da; neurketa-prozesuan zehar ebakidura-esfortzua pixkanaka handitzen ari den bitartean, beraz, n Balioak gora egiten du. Masa-frakzioa % 3ra iristen denean, itxurazko biskositatea lehenik handitu eta gero txikiagotu egiten da, zizaila txikiak makromolekularen talka sustatzen duelako agregatu handiak sortzeko, beraz, biskositatea igotzen da eta ebakidura-tentsioak agregatuak hausten jarraitzen du. , biskositatea berriro jaitsiko da.

Tixotropiaren ikerketan, ezarri abiadura (r/min) nahi den y-ra iristeko, handitu abiadura tarte erregularretan ezarritako baliora iritsi arte, eta gero azkar jaitsi abiadura maximotik hasierako baliora, dagokiona lortzeko. Ebakidura-esfortzua, ebakidura-abiadurarekin duen erlazioa 3. irudian ageri da. Masa-frakzioa % 2,5 baino txikiagoa denean, goranzko kurba eta beheranzko kurba guztiz gainjartzen dira, baina masa-frakzioa % 3 denean, bi lerroak ez gainjarri luzeagoa, eta beheranzko lerroa atzean geratzen da, tixotropia adierazten du.

Ebakidura-tentsioaren denbora-menpekotasuna erresistentzia erreologikoa deritzo. Erresistentzia erreologikoa likido biskoelastikoen eta egitura tixotropikoak dituzten likidoen portaera bereizgarria da. Aurkitzen da zenbat eta y handiagoa izan masa-frakzio berean, orduan eta r azkarrago iristen da orekara eta denboraren mendekotasuna txikiagoa dela; masa-frakzio txikiagoan (% 2) CCEk ez du erresistentzia erreologikorik erakusten. Masa-frakzioa % 2,5era igotzen denean, denboraren menpekotasun handia erakusten du (4. irudia), eta 10 minutu inguru behar ditu orekara iristeko, % 3,0ean, berriz, oreka-denborak 50 minutu behar ditu. Sistemaren tixotropia onak aplikazio praktikorako lagungarria du.

2.2.2 Karga-dentsitatearen eragina:Spencer-Dillon formula enpirikoaren forma logaritmikoa hautatzen da, zeinetan zero-cut biskositatea, b konstantea den kontzentrazio berean eta tenperatura ezberdinean, eta handitzen da tenperatura berean kontzentrazioa handitzean. Onogik 1966an onartutako potentzia-legearen ekuazioaren arabera, M polimeroaren masa molekular erlatiboa da, A eta B konstanteak dira, eta c masa-frakzioa (%). irudia.5 Hiru kurbek % 0,6 inguruko inflexio puntu nabariak dituzte, hau da, masa kritikoaren frakzio bat dago. %0,6 baino gehiago, zero-ebakidura biskositatea azkar handitzen da C kontzentrazioa handitzean. Karga-dentsitate ezberdineko hiru laginen kurbak oso hurbil daude. Aitzitik, masa-frakzioa % 0,2 eta % 0,8 artean dagoenean, karga-dentsitate txikiena duen LR laginaren zero-cut biskositatea da handiena, hidrogeno-lotura elkartzeak kontaktu jakin bat eskatzen duelako. Beraz, karga-dentsitatea oso lotuta dago makromolekulak era ordenatuan eta trinkoan antolatu daitezkeenarekin; DSC proben bidez, LR-k kristalizazio gailur ahula duela ikusten da, karga-dentsitate egokia adieraziz, eta zero-ebakidura biskositatea handiagoa da kontzentrazio berean. Masa-frakzioa % 0,2 baino txikiagoa denean, LR da txikiena, izan ere, disoluzio diluituan karga-dentsitate txikia duten makromolekulak bobinaren orientazioa osatzeko aukera gehiago dute, beraz, zero-ebakidura biskositatea baxua da. Horrek esangura gidari ona du loditze-errendimenduari dagokionez.

2.2.3 pH efektua: 6. irudia pH desberdinetan neurtutako emaitza da, % 0,05 eta % 2,5 arteko masa-frakzioaren barruan. % 0,45 inguruko inflexio-puntu bat dago, baina hiru kurbak ia gainjartzen dira, eta horrek adierazten du pH-ak ez duela inolako eraginik ebakidurarik gabeko biskositatean, hau da, zelulosa anionikoaren eteraren sentsibilitatea pH-arekiko nahiko ezberdina dena.

3. Ondorioa

KG-30M disoluzio urtsu diluitua LLS bidez aztertzen da, eta lortutako erradio hidrodinamikoaren banaketa gailur bakarra da. Angelu-menpekotasunetik eta Rg/Rb erlaziotik, bere forma esferikotik hurbil dagoela ondoriozta daiteke, baina ez da nahikoa erregularra. Hiru karga-dentsitate dituzten CCE disoluzioetarako, likatasuna handitzen da kontzentrazioa handitzean, baina Newton-en n ehiza-zenbakia lehenik txikitu egiten da, gero gorabeherak eta are gora egiten du; pH-ak eragin txikia du biskositatean, eta karga-dentsitate moderatuak biskositate handiagoa lor dezake.