Korvausaineiden ja molekyylipainon vaikutukset ionittoman selluloosaeetterin pintaominaisuuksiin

Washburnin kyllästysteorian (Penetration Theory) ja van Oss-Good-Chaudhuryn yhdistelmäteorian (Combining Theory) ja pylvässydänteknologian soveltamisen (Column Wicking Technique) mukaan useat ionittomat selluloosaeetterit, kuten metyyliselluloosa. selluloosaa, hydroksipropyyliselluloosaa ja hydroksipropyylimetyyliselluloosaa testattiin. Näiden selluloosaeettereiden erilaisista substituenteista, substituutioasteista ja molekyylipainoista johtuen niiden pintaenergiat ja komponentit ovat merkittävästi erilaisia. Tiedot osoittavat, että ionittoman selluloosaeetterin Lewis-emäs on suurempi kuin Lewis-happo, ja pinnan vapaan energian pääkomponentti on Lifshitz-van der Waalsin voima. Hydroksipropyylin pintaenergia ja sen koostumus ovat suurempia kuin hydroksimetyylin. Saman substituentin ja substituutioasteen edellytyksenä on, että hydroksipropyyliselluloosan vapaa pintaenergia on verrannollinen molekyylipainoon; kun taas hydroksipropyylimetyyliselluloosan pinnan vapaa energia on verrannollinen substituutioasteeseen ja kääntäen verrannollinen molekyylipainoon. Kokeessa havaittiin myös, että ionittoman selluloosaeetterin substituentin hydroksipropyylin ja hydroksipropyylimetyylin pintaenergia näyttää olevan suurempi kuin selluloosan pintaenergia, ja koe osoittaa, että testatun selluloosan pintaenergia ja sen koostumus. sopusoinnussa kirjallisuuden kanssa.

Avainsanat: ionittomat selluloosaeetterit; substituentit ja substituutioasteet; molekyylipaino; pinnan ominaisuudet; wick-tekniikkaa

Selluloosaeetteri on suuri luokka selluloosajohdannaisia, jotka voidaan jakaa anionisiin, kationisiin ja ionittomiin eettereihin niiden eetterisubstituenttien kemiallisen rakenteen mukaan. Selluloosaeetteri on myös yksi varhaisimmista polymeerikemian tuotteista, joita on tutkittu ja valmistettu. Selluloosaeetteriä on toistaiseksi käytetty laajalti lääketieteessä, hygieniassa, kosmetiikassa ja elintarviketeollisuudessa.

Vaikka selluloosaeettereitä, kuten hydroksimetyyliselluloosaa, hydroksipropyyliselluloosaa ja hydroksipropyylimetyyliselluloosaa, on valmistettu teollisesti ja monia niiden ominaisuuksia on tutkittu, niiden pintaenergiaa, happoa Alkalireaktiivisia ominaisuuksia ei ole toistaiseksi raportoitu. Koska useimpia näistä tuotteista käytetään nestemäisessä ympäristössä ja pintaominaisuudet, erityisesti happo-emäsreaktio-ominaisuudet, todennäköisesti vaikuttavat niiden käyttöön, on erittäin tärkeää tutkia ja ymmärtää tämän kaupallisen selluloosaeetterin pintakemialliset ominaisuudet.

Ottaen huomioon, että selluloosajohdannaisten näytteitä on erittäin helppo vaihtaa valmistusolosuhteiden muuttuessa, tässä artikkelissa käytetään näytteinä kaupallisia tuotteita niiden pintaenergian karakterisoimiseksi ja tämän perusteella tällaisten tuotteiden substituenttien ja molekyylipainojen vaikutusta pintaan. ominaisuuksia tutkitaan.

1. Kokeellinen osa

1.1 Raaka-aineet

Kokeessa käytetty ioniton selluloosaeetteri on tuoteKIMA CHEMICAL CO., LTD,. Näytteitä ei käsitelty millään tavalla ennen testausta.

Ottaen huomioon, että selluloosajohdannaiset valmistetaan selluloosasta, nämä kaksi rakennetta ovat läheisiä ja selluloosan pintaominaisuuksia on raportoitu kirjallisuudessa, joten tässä artikkelissa käytetään selluloosaa standardinäytteenä. Käytetty selluloosanäyte oli koodinimeltään C8002 ja se ostettiinKIMA, CN. Näytettä ei käsitelty millään testin aikana.

Kokeessa käytetyt reagenssit ovat: etaani, dijodimetaani, deionisoitu vesi, formamidi, tolueeni, kloroformi. Kaikki nesteet olivat analyyttisesti puhtaita tuotteita paitsi vesi, jota oli kaupallisesti saatavilla.

1.2 Kokeellinen menetelmä

Tässä kokeessa käytettiin kolonnin imemistekniikkaa, ja pylväsputkeksi leikattiin osa (noin 10 cm) standardipipetistä, jonka sisähalkaisija oli 3 mm. Laita 200 mg jauhettua näytettä kolonniputkeen joka kerta, ravista sitä tasaiseksi ja aseta se pystysuoraan lasiastian pohjalle, jonka sisähalkaisija on noin 3 cm, jotta neste voi adsorboitua itsestään. Punnitse 1 ml testattavaa nestettä ja laita se lasiastiaan ja kirjaa ylös upotusaika t ja upotusetäisyys X samanaikaisesti. Kaikki kokeet suoritettiin huoneenlämmössä (25±1°C). Jokainen data on kolmen toistetun kokeen keskiarvo.

1.3 Koetietojen laskeminen

Teoreettinen perusta kolonnin imemistekniikan soveltamiselle jauhemateriaalien pintaenergian testaamiseen on Washburn-impregnaatioyhtälö (Washburn penetration -yhtälö).

1.3.1 Mitatun näytteen kapillaarin tehollisen säteen Reff määrittäminen

Washburn-upotuskaavaa käytettäessä täydellisen kastumisen ehto on cos=1. Tämä tarkoittaa, että kun neste valitaan upotettavaksi kiinteään aineeseen täysin märän tilan saavuttamiseksi, voimme laskea mitatun näytteen kapillaarin tehollisen säteen Reff testaamalla upotusetäisyyttä ja -aikaa Washburnin upotuskaavan erikoistapauksen mukaisesti.

1.3.2 Lifshitz-van der Waalsin voimalaskelma mitatulle näytteelle

Van Oss-Chaudhury-Goodin yhdistämissääntöjen mukaan nesteiden ja kiinteiden aineiden välisten reaktioiden välinen suhde.

1.3.3 Mitattujen näytteiden Lewisin happo-emäsvoiman laskeminen

Yleensä kiinteiden aineiden happo-emäsominaisuudet arvioidaan vedellä ja formamidilla kyllästetyistä tiedoista. Mutta tässä artikkelissa havaitsimme, että ei ole ongelmaa käytettäessä tätä polaarista nesteparia selluloosan mittaamiseen, vaan selluloosaeetterin testissä, koska veden/formamidin polaarisen liuosjärjestelmän upotuskorkeus selluloosaeetteriin on liian alhainen. , mikä tekee ajan tallentamisesta erittäin vaikeaa. Siksi valittiin Chibowskin käyttöön ottama tolueeni/kloroformi-liuosjärjestelmä. Chibowskin mukaan tolueeni/kloroformi-polaarinen liuosjärjestelmä on myös vaihtoehto. Tämä johtuu siitä, että näillä kahdella nesteellä on hyvin erityinen happamuus ja emäksisyys, esimerkiksi tolueenilla ei ole Lewisin happamuutta ja kloroformilla ei ole Lewisin emäksisuutta. Saadaksemme tolueeni/kloroformiliuosjärjestelmällä saadut tiedot lähemmäksi suositeltua polaarista vesi/formamidiliuosjärjestelmää, käytämme näitä kahta polaarista nestejärjestelmää testaamaan selluloosaa samanaikaisesti ja saamaan sitten vastaavat laajenemis- tai supistumiskertoimet. ennen levittämistä Tiedot, jotka on saatu kyllästämällä selluloosaeetteriä tolueeni/kloroformilla, ovat lähellä vesi/formamidijärjestelmästä saatuja johtopäätöksiä. Koska selluloosaeetterit on johdettu selluloosasta ja näiden kahden välillä on hyvin samanlainen rakenne, tämä estimointimenetelmä voi olla pätevä.

1.3.4 Kokonaispinta-vapaan energian laskeminen

2. Tulokset ja keskustelu

2.1 Selluloosastandardi

Koska testituloksissamme selluloosan standardinäytteillä havaittiin, että nämä tiedot ovat hyvin yhtäpitäviä kirjallisuudessa raportoitujen kanssa, on perusteltua uskoa, että myös selluloosaeettereitä koskevat testitulokset tulisi ottaa huomioon.

2.2 Testitulokset ja keskustelu selluloosaeetteristä

Selluloosaeetterin testin aikana upotusetäisyyden ja -ajan kirjaaminen on erittäin vaikeaa johtuen veden ja formamidin erittäin alhaisesta upotuskorkeudesta. Siksi tässä artikkelissa valitaan vaihtoehtoiseksi liuokseksi tolueeni/kloroformi-liuosjärjestelmä ja arvioidaan selluloosaeetterin Lewis-happamuus perustuen vesi/formamidi- ja tolueeni/kloroformi-testituloksiin selluloosalle ja näiden kahden liuosjärjestelmän väliseen suhteeseen. ja alkalista voimaa.

Kun selluloosaa käytetään standardinäytteenä, esitetään sarja selluloosaeettereiden happo-emäsominaisuuksia. Koska selluloosaeetterin kyllästyksen tulos tolueeni/kloroformilla testataan suoraan, se on vakuuttava.

Tämä tarkoittaa, että substituenttien tyyppi ja molekyylipaino vaikuttavat selluloosaeetterin happo-emäsominaisuuksiin ja kahden substituentin, hydroksipropyylin ja hydroksipropyylimetyylin, suhde selluloosaeetterin happo-emäsominaisuuksiin ja molekyylipainoon täysin päinvastainen. Mutta se voi liittyä myös siihen tosiasiaan, että MP:t ovat sekasubstituentteja.

Koska MO43:n ja K8913:n substituentit ovat erilaisia ​​ja niillä on sama molekyylipaino, esimerkiksi edellisen substituentti on hydroksimetyyli ja jälkimmäisen substituentti on hydroksipropyyli, mutta molempien molekyylipaino on 100 000, joten se tarkoittaa myös sitä, että lähtökohta, jolla on sama molekyylipaino Olosuhteissa hydroksimetyyliryhmän S+ ja S- voivat olla pienempiä kuin hydroksipropyyliryhmä. Mutta substituutioaste on myös mahdollista, koska K8913:n substituutioaste on noin 3,00, kun taas MO43:n substituutioaste on vain 1,90.

Koska K8913:n ja K9113:n substituutioaste ja substituentit ovat samat, mutta vain molekyylipaino on erilainen, näiden kahden vertailu osoittaa, että hydroksipropyyliselluloosan S+ pienenee molekyylipainon kasvaessa, mutta S- kasvaa päinvastoin. .

Kaikkien selluloosaeetterien ja niiden komponenttien pintaenergian testitulosten yhteenvedosta voidaan nähdä, että olipa kyseessä selluloosa tai selluloosaeetteri, niiden pintaenergian pääkomponentti on Lifshitz-van der Waalsin voima, joka vastaa noin 98% ~ 99%. Lisäksi näiden ionittomien selluloosaeettereiden (paitsi MO43) Lifshitz-van der Waalsin voimat ovat myös enimmäkseen suurempia kuin selluloosan, mikä osoittaa, että selluloosan eetteröintiprosessi on myös Lifshitz-van der Waalsin voimien lisäämisprosessi. Ja nämä lisäykset johtavat siihen, että selluloosaeetterin pintaenergia on suurempi kuin selluloosan. Tämä ilmiö on erittäin mielenkiintoinen, koska näitä selluloosaeettereitä käytetään yleisesti pinta-aktiivisten aineiden valmistuksessa. Mutta tiedot ovat huomionarvoisia, ei vain siksi, että tässä kokeessa testatun vertailustandardin näytteen tiedot ovat erittäin yhdenmukaisia ​​kirjallisuudessa raportoidun arvon kanssa, vaan vertailustandardinäytteen tiedot ovat erittäin yhdenmukaisia ​​kirjallisuudessa raportoitujen arvon kanssa. esimerkki: kaikki nämä selluloosat Eetterien SAB on huomattavasti pienempi kuin selluloosan, ja tämä johtuu niiden erittäin suurista Lewis-emäksistä. Saman substituentin ja substituutioasteen edellytyksenä on, että hydroksipropyyliselluloosan vapaa pintaenergia on verrannollinen molekyylipainoon; kun taas hydroksipropyylimetyyliselluloosan pinnan vapaa energia on verrannollinen substituutioasteeseen ja kääntäen verrannollinen molekyylipainoon.

Lisäksi koska selluloosaeettereillä on suurempi SLW kuin selluloosalla, mutta tiedämme jo, että niiden dispergoituvuus on parempi kuin selluloosalla, joten voidaan alustavasti katsoa, ​​että ionittomia selluloosaeettereitä muodostavan SLW:n pääkomponentin tulisi olla Lontoon voima.

3. Johtopäätös

Tutkimukset ovat osoittaneet, että substituentin tyypillä, substituutioasteella ja molekyylipainolla on suuri vaikutus ionittoman selluloosaeetterin pintaenergiaan ja koostumukseen. Ja tällä vaikutuksella näyttää olevan seuraava säännöllisyys:

(1) Ionittoman selluloosaeetterin S+ on pienempi kuin S-.

(2) Ei-ionisen selluloosaeetterin pintaenergiaa hallitsee Lifshitz-van der Waalsin voima.

(3) Molekyylipaino ja substituentit vaikuttavat ionittomien selluloosaeetterien pintaenergiaan, mutta se riippuu pääasiassa substituenttien tyypistä.

(4) Saman substituentin ja substituutioasteen edellytyksenä on, että hydroksipropyyliselluloosan vapaa pintaenergia on verrannollinen molekyylipainoon; kun taas hydroksipropyylimetyyliselluloosan pinnan vapaa energia on verrannollinen substituutioasteeseen ja kääntäen verrannollinen molekyylipainoon.

(5) Selluloosan eetteröintiprosessi on prosessi, jossa Lifshitz-van der Waalsin voima kasvaa, ja se on myös prosessi, jossa Lewisin happamuus vähenee ja Lewisin alkalisuus lisääntyy.