Efectos dos substituíntes e do peso molecular sobre as propiedades da superficie do éter de celulosa non iónico

Segundo a teoría da impregnación de Washburn (teoría da penetración) e a teoría de combinación de van Oss-Good-Chaudhury (teoría da combinación) e a aplicación da tecnoloxía de mecha columnar (técnica de mecha de columna), varios éteres de celulosa non iónicos, como a metil celulosa. Probáronse a celulosa, a hidroxipropil celulosa e a hidroxipropilmetilcelulosa. Debido aos diferentes substituíntes, graos de substitución e pesos moleculares destes éteres de celulosa, as súas enerxías superficiais e os seus compoñentes son significativamente diferentes. Os datos mostran que a base de Lewis do éter de celulosa non iónico é maior que o ácido de Lewis, e o principal compoñente da enerxía libre superficial é a forza de Lifshitz-van der Waals. A enerxía superficial do hidroxipropilo e a súa composición son maiores que a do hidroximetilo. Baixo a premisa do mesmo substituyente e grao de substitución, a enerxía libre superficial da hidroxipropil celulosa é proporcional ao peso molecular; mentres que a enerxía libre superficial da hidroxipropilmetilcelulosa é proporcional ao grao de substitución e inversamente proporcional ao peso molecular. O experimento tamén descubriu que a enerxía superficial do substituyente hidroxipropilo e hidroxipropilmetilo no éter de celulosa non iónico parece ser maior que a enerxía superficial da celulosa, e o experimento demostra que a enerxía superficial da celulosa probada e a súa composición Os datos son consistente coa literatura.

Palabras clave: éteres de celulosa non iónicos; substituíntes e graos de substitución; peso molecular; propiedades da superficie; tecnoloxía de mecha

O éter de celulosa é unha gran categoría de derivados de celulosa, que se pode dividir en éteres aniónicos, catiónicos e non iónicos segundo a estrutura química dos seus substituíntes do éter. O éter de celulosa tamén é un dos primeiros produtos investigados e producidos na química dos polímeros. Ata o momento, o éter de celulosa foi moi utilizado na industria de medicina, hixiene, cosmética e alimentos.

Aínda que os éteres de celulosa, como a hidroximetilcelulosa, a hidroxipropilcelulosa e a hidroxipropilmetilcelulosa, foron producidos industrialmente e moitas das súas propiedades foron estudadas, a súa enerxía superficial, as propiedades reactivas con ácidos non se informaron ata agora. Dado que a maioría destes produtos úsanse nun ambiente líquido e as características da superficie, especialmente as características da reacción ácido-base, poden afectar o seu uso, é moi necesario estudar e comprender as características químicas da superficie deste éter de celulosa comercial.

Tendo en conta que as mostras de derivados de celulosa son moi fáciles de cambiar co cambio das condicións de preparación, este traballo utiliza produtos comerciais como mostras para caracterizar a súa enerxía superficial, e en base a iso, a influencia dos substituíntes e os pesos moleculares destes produtos na superficie. estúdanse propiedades.

1. Parte experimental

1.1 Materias primas

O éter de celulosa non iónico utilizado no experimento é o produtoKIMA CHEMICAL CO, LTD,. As mostras non foron sometidas a ningún tratamento antes da proba.

Tendo en conta que os derivados da celulosa están feitos de celulosa, as dúas estruturas están próximas e as propiedades de superficie da celulosa foron descritas na literatura, polo que este traballo utiliza a celulosa como mostra estándar. A mostra de celulosa utilizada foi o nome en clave C8002 e foi adquirida deKIMA, CN. A mostra non foi sometida a ningún tratamento durante a proba.

Os reactivos empregados no experimento son: etano, diiodometano, auga desionizada, formamida, tolueno, cloroformo. Todos os líquidos eran produtos analiticamente puros, excepto a auga que estaba dispoñible comercialmente.

1.2 Método experimental

Neste experimento adoptouse a técnica de absorción da columna e cortouse unha sección (uns 10 cm) dunha pipeta estándar cun diámetro interior de 3 mm como tubo de columna. Poñer cada vez 200 mg de mostra en po no tubo da columna, axítea para que quede uniforme e colócaa verticalmente no fondo do recipiente de vidro cun diámetro interior duns 3 cm, para que o líquido se adsorba espontáneamente. Pesar 1 mL do líquido que se vai analizar e colocalo nun recipiente de vidro e rexistrar ao mesmo tempo o tempo de inmersión t e a distancia de inmersión X. Todos os experimentos realizáronse a temperatura ambiente (25±1°C). Cada dato é a media de tres experimentos repetidos.

1.3 Cálculo de datos experimentais

A base teórica para a aplicación da técnica de absorción da columna para probar a enerxía superficial dos materiais en po é a ecuación de impregnación de Washburn (ecuación de penetración de Washburn).

1.3.1 Determinación do radio efectivo capilar Reff da mostra medida

Cando se aplica a fórmula de inmersión Washburn, a condición para lograr a humectación completa é cos=1. Isto significa que cando se selecciona un líquido para mergullarse nun sólido para acadar unha condición totalmente húmida, podemos calcular o raio efectivo capilar Reff da mostra medida probando a distancia e o tempo de inmersión segundo un caso especial da fórmula de inmersión de Washburn.

1.3.2 Cálculo da forza de Lifshitz-van der Waals para a mostra medida

Segundo as regras de combinación de van Oss-Chaudhury-Good, a relación entre as reaccións entre líquidos e sólidos.

1.3.3 Cálculo da forza ácido-base de Lewis das mostras medidas

En xeral, as propiedades ácido-base dos sólidos estímanse a partir de datos impregnados con auga e formamida. Pero neste artigo descubrimos que non hai ningún problema ao usar este par de líquidos polares para medir a celulosa, senón na proba do éter de celulosa, porque a altura de inmersión do sistema de solución polar de auga/formamida no éter de celulosa é demasiado baixa. , dificultando moito a gravación do tempo. Polo tanto, seleccionouse o sistema de solución de tolueno/cloroformo introducido por Chibowsk. Segundo Chibowski, un sistema de solución polar de tolueno/cloroformo tamén é unha opción. Isto débese a que estes dous líquidos teñen unha acidez e alcalinidade moi especiais, por exemplo, o tolueno non ten acidez de Lewis e o cloroformo non ten alcalinidade de Lewis. Para achegar os datos obtidos polo sistema de solución de tolueno/cloroformo ao sistema de solución polar recomendado de auga/formamida, utilizamos estes dous sistemas líquidos polares para probar a celulosa ao mesmo tempo e, a continuación, obtemos os correspondentes coeficientes de expansión ou contracción. antes da aplicación Os datos obtidos ao impregnar éter de celulosa con tolueno/cloroformo achéganse ás conclusións obtidas para o sistema auga/formamida. Dado que os éteres de celulosa derivan da celulosa e hai unha estrutura moi similar entre ambos, este método de estimación pode ser válido.

1.3.4 Cálculo da enerxía libre total da superficie

2. Resultados e discusión

2.1 Estándar de celulosa

Dado que os resultados das nosas probas sobre mostras estándar de celulosa atoparon que estes datos están en boa concordancia cos informados na literatura, é razoable crer que os resultados das probas sobre éteres de celulosa tamén deben ser considerados.

2.2 Resultados das probas e discusión do éter de celulosa

Durante a proba do éter de celulosa, é moi difícil rexistrar a distancia e o tempo de inmersión debido á baixa altura de inmersión da auga e da formamida. Polo tanto, este traballo escolle o sistema de solución de tolueno/cloroformo como solución alternativa e estima a acidez de Lewis do éter de celulosa baseándose nos resultados das probas de auga/formamida e tolueno/cloroformo sobre celulosa e a relación proporcional entre os dous sistemas de solución. e poder alcalino.

Tomando a celulosa como mostra estándar, dáse unha serie de características ácido-base dos éteres de celulosa. Dado que o resultado da impregnación de éter de celulosa con tolueno/cloroformo é probado directamente, resulta convincente.

Isto significa que o tipo e o peso molecular dos substituíntes afectan as propiedades ácido-base do éter de celulosa e a relación entre os dous substituíntes, hidroxipropilo e hidroxipropilmetilo, nas propiedades ácido-base do éter de celulosa e o peso molecular completamente oposto. Pero tamén podería estar relacionado co feito de que os MP son substituíntes mixtos.

Dado que os substituíntes de MO43 e K8913 son diferentes e teñen o mesmo peso molecular, por exemplo, o substituyente do primeiro é hidroximetilo e o do segundo é hidroxipropilo, pero o peso molecular de ambos é 100.000, polo que tamén significa que o premisa do mesmo peso molecular Baixo as circunstancias, o S+ e S- do grupo hidroximetilo poden ser máis pequenos que o grupo hidroxipropilo. Pero o grao de substitución tamén é posible, porque o grao de substitución de K8913 é de aproximadamente 3,00, mentres que o de MO43 é só de 1,90.

Dado que o grao de substitución e os substituíntes de K8913 e K9113 son iguais pero só o peso molecular é diferente, a comparación entre ambos mostra que o S+ da hidroxipropil celulosa diminúe co aumento do peso molecular, pero S- aumenta pola contra. .

A partir do resumo dos resultados das probas da enerxía superficial de todos os éteres de celulosa e os seus compoñentes, pódese ver que se é celulosa ou éter de celulosa, o compoñente principal da súa enerxía superficial é a forza de Lifshitz-van der Waals, que representa preto de 98% ~ 99%. Ademais, as forzas de Lifshitz-van der Waals destes éteres de celulosa non iónicos (excepto MO43) tamén son maioritariamente maiores que as da celulosa, o que indica que o proceso de eterificación da celulosa tamén é un proceso de aumento das forzas de Lifshitz-van der Waals. E estes aumentos levan a que a enerxía superficial do éter de celulosa sexa maior que a da celulosa. Este fenómeno é moi interesante porque estes éteres de celulosa úsanse habitualmente na produción de surfactantes. Pero os datos son dignos de mención, non só porque os datos sobre a mostra estándar de referencia probada neste experimento son extremadamente consistentes co valor informado na literatura, os datos sobre a mostra estándar de referencia son extremadamente consistentes co valor indicado na literatura, pois exemplo: todas estas celulosas O SAB dos éteres é significativamente menor que o da celulosa, e isto débese ás súas bases de Lewis moi grandes. Baixo a premisa do mesmo substituyente e grao de substitución, a enerxía libre superficial da hidroxipropil celulosa é proporcional ao peso molecular; mentres que a enerxía libre superficial da hidroxipropilmetilcelulosa é proporcional ao grao de substitución e inversamente proporcional ao peso molecular.

Ademais, porque os éteres de celulosa teñen un SLW maior que a celulosa, pero xa sabemos que a súa dispersibilidade é mellor que a celulosa, polo que se pode considerar preliminarmente que o principal compoñente do SLW que constitúe os éteres de celulosa non iónicos debería ser a forza de Londres.

3. Conclusión

Os estudos demostraron que o tipo de substituto, o grao de substitución e o peso molecular teñen unha gran influencia na enerxía superficial e na composición do éter de celulosa non iónico. E este efecto parece ter a seguinte regularidade:

(1) S+ do éter de celulosa non iónico é menor que S-.

(2) A enerxía superficial do éter de celulosa non iónico está dominada pola forza de Lifshitz-van der Waals.

(3) O peso molecular e os substituíntes teñen un efecto sobre a enerxía superficial dos éteres de celulosa non iónicos, pero depende principalmente do tipo de substituíntes.

(4) Baixo a premisa do mesmo substituyente e grao de substitución, a enerxía libre superficial da hidroxipropil celulosa é proporcional ao peso molecular; mentres que a enerxía libre superficial da hidroxipropilmetilcelulosa é proporcional ao grao de substitución e inversamente proporcional ao peso molecular.

(5) O proceso de eterificación da celulosa é un proceso no que aumenta a forza de Lifshitz-van der Waals, e tamén é un proceso no que a acidez de Lewis diminúe e a alcalinidade de Lewis aumenta.