નોનિયોનિક સેલ્યુલોઝ ઈથરની સપાટીના ગુણધર્મો પર અવેજીઓ અને મોલેક્યુલર વજનની અસરો

વોશબર્નના ગર્ભાધાન સિદ્ધાંત (પેનિટ્રેશન થિયરી) અને વાન ઓસ-ગુડ-ચૌધરીના સંયોજન સિદ્ધાંત (કોમ્બિનિંગ થિયરી) અને કોલમર વિક ટેક્નોલોજી (કૉલમ વિકિંગ ટેકનિક)ના ઉપયોગ અનુસાર, કેટલાક બિન-આયોનિક સેલ્યુલોઝ ઇથર્સ, જેમ કે મિથાઈલ સેલ્યુલોઝની સપાટીના ગુણધર્મો. સેલ્યુલોઝ, hydroxypropyl સેલ્યુલોઝ અને hydroxypropyl methylcellulose પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. આ સેલ્યુલોઝ ઈથર્સના વિવિધ અવેજીઓ, અવેજીની ડિગ્રી અને મોલેક્યુલર વજનને લીધે, તેમની સપાટીની ઊર્જા અને તેમના ઘટકો નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે. ડેટા દર્શાવે છે કે નોન-આયોનિક સેલ્યુલોઝ ઈથરનો લુઈસ આધાર લેવિસ એસિડ કરતાં મોટો છે અને સપાટી મુક્ત ઊર્જાનો મુખ્ય ઘટક લિફ્શિટ્ઝ-વાન ડેર વાલ્સ ફોર્સ છે. હાઇડ્રોક્સીપ્રોપીલની સપાટીની ઉર્જા અને તેની રચના હાઇડ્રોક્સાઇમિથિલ કરતા વધારે છે. સમાન અવેજીકરણ અને અવેજીની ડિગ્રીના આધારે, હાઇડ્રોક્સીપ્રોપીલ સેલ્યુલોઝની સપાટી મુક્ત ઊર્જા પરમાણુ વજનના પ્રમાણસર છે; જ્યારે હાઈડ્રોક્સીપ્રોપીલ મેથાઈલસેલ્યુલોઝની સપાટી મુક્ત ઊર્જા અવેજીની ડિગ્રીના પ્રમાણસર અને પરમાણુ વજનના વિપરિત પ્રમાણસર છે. પ્રયોગમાં એ પણ જાણવા મળ્યું છે કે બિન-આયનીય સેલ્યુલોઝ ઈથરમાં અવેજીકૃત હાઈડ્રોક્સીપ્રોપીલ અને હાઈડ્રોક્સીપ્રોપીલમેથાઈલની સપાટીની ઉર્જા સેલ્યુલોઝની સપાટીની ઉર્જા કરતા વધારે હોવાનું જણાય છે અને પ્રયોગ સાબિત કરે છે કે પરીક્ષણ કરેલ સેલ્યુલોઝની સપાટીની ઉર્જા અને તેની રચનાનો ડેટા છે. સાહિત્ય સાથે સુસંગત.

મુખ્ય શબ્દો: નોનિયોનિક સેલ્યુલોઝ ઇથર્સ; અવેજીઓ અને અવેજીની ડિગ્રી; પરમાણુ વજન; સપાટી ગુણધર્મો; વાટ ટેકનોલોજી

સેલ્યુલોઝ ઈથર એ સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ્ઝની એક મોટી શ્રેણી છે, જેને તેમના ઈથરના અવેજીના રાસાયણિક બંધારણ અનુસાર એનિઓનિક, કેશનિક અને નોનિયોનિક ઈથરમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. સેલ્યુલોઝ ઈથર એ પોલિમર રસાયણશાસ્ત્રમાં સંશોધન અને ઉત્પાદિત પ્રારંભિક ઉત્પાદનોમાંનું એક છે. અત્યાર સુધી, સેલ્યુલોઝ ઈથરનો વ્યાપકપણે દવા, સ્વચ્છતા, સૌંદર્ય પ્રસાધનો અને ખાદ્ય ઉદ્યોગમાં ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે.

જોકે સેલ્યુલોઝ ઇથર્સ, જેમ કે હાઇડ્રોક્સીમેથિલસેલ્યુલોઝ, હાઇડ્રોક્સીપ્રોપીલસેલ્યુલોઝ અને હાઇડ્રોક્સીપ્રોપીલમેથિલસેલ્યુલોઝ, ઔદ્યોગિક રીતે ઉત્પન્ન કરવામાં આવ્યા છે અને તેમના ઘણા ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે, તેમની સપાટીની ઊર્જા, એસિડ આલ્કલી-પ્રતિક્રિયાત્મક ગુણધર્મો હજુ સુધી નોંધવામાં આવ્યા નથી. આમાંના મોટા ભાગના ઉત્પાદનોનો ઉપયોગ પ્રવાહી વાતાવરણમાં થતો હોવાથી, અને સપાટીની લાક્ષણિકતાઓ, ખાસ કરીને એસિડ-બેઝ પ્રતિક્રિયા લાક્ષણિકતાઓ, તેમના ઉપયોગને અસર કરે તેવી શક્યતા છે, તેથી આ વ્યાવસાયિક સેલ્યુલોઝ ઈથરની સપાટીની રાસાયણિક લાક્ષણિકતાઓનો અભ્યાસ કરવો અને સમજવું ખૂબ જ જરૂરી છે.

સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ્સના નમૂનાઓ તૈયારીની પરિસ્થિતિઓમાં ફેરફાર સાથે બદલવા માટે ખૂબ જ સરળ છે તે ધ્યાનમાં લેતા, આ પેપર તેમની સપાટીની ઊર્જાને લાક્ષણિકતા આપવા માટે નમૂના તરીકે વ્યાવસાયિક ઉત્પાદનોનો ઉપયોગ કરે છે, અને તેના આધારે, સપાટી પર આવા ઉત્પાદનોના અવેજીકરણ અને પરમાણુ વજનનો પ્રભાવ. ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે.

1. પ્રાયોગિક ભાગ

1.1 કાચો માલ

પ્રયોગમાં વપરાયેલ બિન-આયોનિક સેલ્યુલોઝ ઈથરનું ઉત્પાદન છેકિમા કેમિકલ કો., લિ,. પરીક્ષણ પહેલાં નમૂનાઓને કોઈ સારવાર આપવામાં આવી ન હતી.

સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ્ઝ સેલ્યુલોઝથી બનેલા છે તે ધ્યાનમાં લેતા, બે રચનાઓ નજીક છે, અને સેલ્યુલોઝની સપાટીના ગુણધર્મો સાહિત્યમાં નોંધવામાં આવ્યા છે, તેથી આ કાગળ પ્રમાણભૂત નમૂના તરીકે સેલ્યુલોઝનો ઉપયોગ કરે છે. સેલ્યુલોઝ નમૂનાનો ઉપયોગ કોડ-નામ C8002 હતો અને તેમાંથી ખરીદવામાં આવ્યો હતોકિમા, CN. પરીક્ષણ દરમિયાન નમૂનાને કોઈ સારવાર આપવામાં આવી ન હતી.

પ્રયોગમાં વપરાતા રીએજન્ટ્સ છે: ઇથેન, ડાયોડોમેથેન, ડીયોનાઇઝ્ડ વોટર, ફોર્મામાઇડ, ટોલ્યુએન, ક્લોરોફોર્મ. વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ પાણી સિવાય તમામ પ્રવાહી વિશ્લેષણાત્મક રીતે શુદ્ધ ઉત્પાદનો હતા.

1.2 પ્રાયોગિક પદ્ધતિ

આ પ્રયોગમાં, કૉલમ વિકિંગ ટેકનિક અપનાવવામાં આવી હતી, અને સ્તંભની નળી તરીકે 3 મીમીના આંતરિક વ્યાસ સાથે પ્રમાણભૂત પીપેટનો એક વિભાગ (આશરે 10 સે.મી.) કાપવામાં આવ્યો હતો. દર વખતે સ્તંભની નળીમાં 200 મિલિગ્રામ પાવડરનો નમૂનો મૂકો, પછી તેને સમાન બનાવવા માટે તેને હલાવો અને તેને લગભગ 3 સે.મી.ના આંતરિક વ્યાસ સાથે કાચના પાત્રની નીચે ઊભી રીતે મૂકો, જેથી પ્રવાહી સ્વયંભૂ શોષાઈ શકે. પરીક્ષણ કરવા માટેના પ્રવાહીનું 1 એમએલ વજન કરો અને તેને કાચના પાત્રમાં મૂકો, અને નિમજ્જન સમય t અને નિમજ્જન અંતર X એક જ સમયે રેકોર્ડ કરો. બધા પ્રયોગો ઓરડાના તાપમાને કરવામાં આવ્યા હતા (25±1°સી). દરેક ડેટા એ ત્રણ પ્રતિકૃતિ પ્રયોગોની સરેરાશ છે.

1.3 પ્રાયોગિક ડેટાની ગણતરી

પાવડર સામગ્રીની સપાટીની ઉર્જા ચકાસવા માટે કોલમ વિકિંગ ટેકનિકના ઉપયોગ માટેનો સૈદ્ધાંતિક આધાર વોશબર્ન ગર્ભાધાન સમીકરણ (વોશબર્ન પેનિટ્રેશન સમીકરણ) છે.

1.3.1 માપેલા નમૂનાના કેશિલરી અસરકારક ત્રિજ્યા રેફનું નિર્ધારણ

વૉશબર્ન નિમજ્જન ફોર્મ્યુલા લાગુ કરતી વખતે, સંપૂર્ણ ભીનાશ હાંસલ કરવાની સ્થિતિ cos=1 છે. આનો અર્થ એ છે કે જ્યારે પ્રવાહીને સંપૂર્ણ ભીની સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરવા માટે ઘન માં નિમજ્જન કરવા માટે પસંદ કરવામાં આવે છે, ત્યારે અમે વોશબર્ન નિમજ્જન ફોર્મ્યુલાના વિશિષ્ટ કેસ અનુસાર નિમજ્જન અંતર અને સમયનું પરીક્ષણ કરીને માપેલા નમૂનાના કેશિલરી અસરકારક ત્રિજ્યા રેફની ગણતરી કરી શકીએ છીએ.

1.3.2 માપેલા નમૂના માટે લિફ્શિટ્ઝ-વાન ડેર વાલ્સ બળની ગણતરી

વાન ઓસ-ચૌધરી-ગુડના સંયોજનના નિયમો અનુસાર, પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થો વચ્ચેની પ્રતિક્રિયાઓ વચ્ચેનો સંબંધ.

1.3.3 માપેલા નમૂનાઓના લેવિસ એસિડ-બેઝ ફોર્સની ગણતરી

સામાન્ય રીતે, ઘન પદાર્થોના એસિડ-બેઝ ગુણધર્મોનો અંદાજ પાણી અને ફોર્મામાઇડથી ગર્ભિત ડેટા પરથી કરવામાં આવે છે. પરંતુ આ લેખમાં, અમને જાણવા મળ્યું કે સેલ્યુલોઝને માપવા માટે ધ્રુવીય પ્રવાહીની આ જોડીનો ઉપયોગ કરતી વખતે કોઈ સમસ્યા નથી, પરંતુ સેલ્યુલોઝ ઈથરના પરીક્ષણમાં, કારણ કે સેલ્યુલોઝ ઈથરમાં પાણી/ફોર્મામાઈડની ધ્રુવીય દ્રાવણ પ્રણાલીની નિમજ્જનની ઊંચાઈ ખૂબ ઓછી છે. , સમય રેકોર્ડિંગ ખૂબ મુશ્કેલ બનાવે છે. તેથી, ચિબોવસ્ક દ્વારા રજૂ કરાયેલ ટોલ્યુએન/ક્લોરોફોર્મ સોલ્યુશન સિસ્ટમ પસંદ કરવામાં આવી હતી. ચિબોવસ્કીના મતે, ટોલ્યુએન/ક્લોરોફોર્મ પોલર સોલ્યુશન સિસ્ટમ પણ એક વિકલ્પ છે. આ એટલા માટે છે કારણ કે આ બે પ્રવાહીમાં ખૂબ જ વિશિષ્ટ એસિડિટી અને ક્ષારતા હોય છે, ઉદાહરણ તરીકે, ટોલ્યુએનમાં લેવિસ એસિડિટી નથી અને ક્લોરોફોર્મમાં લેવિસ આલ્કલિનિટી નથી. ટોલ્યુએન/ક્લોરોફોર્મ સોલ્યુશન સિસ્ટમ દ્વારા મેળવેલ ડેટાને પાણી/ફોર્મામાઇડની ભલામણ કરેલ ધ્રુવીય સોલ્યુશન સિસ્ટમની નજીક મેળવવા માટે, અમે એક જ સમયે સેલ્યુલોઝનું પરીક્ષણ કરવા માટે આ બે ધ્રુવીય પ્રવાહી પ્રણાલીઓનો ઉપયોગ કરીએ છીએ, અને પછી અનુરૂપ વિસ્તરણ અથવા સંકોચન ગુણાંક મેળવીએ છીએ. અરજી કરતા પહેલા સેલ્યુલોઝ ઈથરને ટોલ્યુએન/ક્લોરોફોર્મ સાથે ગર્ભિત કરીને મેળવેલ ડેટા પાણી/ફોર્મામાઈડ સિસ્ટમ માટે મેળવેલા નિષ્કર્ષની નજીક છે. સેલ્યુલોઝ ઇથર્સ સેલ્યુલોઝમાંથી મેળવવામાં આવ્યા હોવાથી અને બંને વચ્ચે ખૂબ સમાન માળખું છે, આ અંદાજ પદ્ધતિ માન્ય હોઈ શકે છે.

1.3.4 કુલ સપાટી મુક્ત ઊર્જાની ગણતરી

2. પરિણામો અને ચર્ચા

2.1 સેલ્યુલોઝ ધોરણ

સેલ્યુલોઝ પ્રમાણભૂત નમૂનાઓ પરના અમારા પરીક્ષણ પરિણામોમાં જાણવા મળ્યું છે કે આ ડેટા સાહિત્યમાં નોંધાયેલા લોકો સાથે સારા કરારમાં છે, તે માનવું વાજબી છે કે સેલ્યુલોઝ ઇથર્સ પરના પરીક્ષણ પરિણામોને પણ ધ્યાનમાં લેવા જોઈએ.

2.2 પરીક્ષણ પરિણામો અને સેલ્યુલોઝ ઈથરની ચર્ચા

સેલ્યુલોઝ ઈથરના પરીક્ષણ દરમિયાન, પાણી અને ફોર્મમાઇડની ખૂબ ઓછી નિમજ્જનની ઊંચાઈને કારણે નિમજ્જનનું અંતર અને સમય રેકોર્ડ કરવું ખૂબ જ મુશ્કેલ છે. તેથી, આ પેપર ટોલ્યુએન/ક્લોરોફોર્મ સોલ્યુશન સિસ્ટમને વૈકલ્પિક ઉકેલ તરીકે પસંદ કરે છે, અને સેલ્યુલોઝ પર પાણી/ફોર્મામાઇડ અને ટોલ્યુએન/ક્લોરોફોર્મના પરીક્ષણ પરિણામો અને બે સોલ્યુશન સિસ્ટમ્સ વચ્ચેના પ્રમાણસર સંબંધના આધારે સેલ્યુલોઝ ઈથરની લેવિસ એસિડિટીનો અંદાજ કાઢે છે. અને આલ્કલાઇન પાવર.

સેલ્યુલોઝને પ્રમાણભૂત નમૂના તરીકે લેતા, સેલ્યુલોઝ ઇથરની એસિડ-બેઝ લાક્ષણિકતાઓની શ્રેણી આપવામાં આવે છે. ટોલ્યુએન/ક્લોરોફોર્મ સાથે સેલ્યુલોઝ ઈથરને ગર્ભિત કરવાનું પરિણામ સીધું જ ચકાસાયેલ હોવાથી, તે ખાતરીજનક છે.

આનો અર્થ એ છે કે અવેજીઓનો પ્રકાર અને પરમાણુ વજન સેલ્યુલોઝ ઈથરના એસિડ-બેઝ ગુણધર્મોને અસર કરે છે, અને બે અવેજીઓ, હાઈડ્રોક્સીપ્રોપીલ અને હાઈડ્રોક્સીપ્રોપીલમેથિલ વચ્ચેનો સંબંધ, સેલ્યુલોઝ ઈથરના એસિડ-બેઝ ગુણધર્મો પર અને પરમાણુ વજન સંપૂર્ણપણે વિરુદ્ધ છે. પરંતુ તે એ હકીકત સાથે પણ સંબંધિત હોઈ શકે છે કે સાંસદો મિશ્ર અવેજી છે.

MO43 અને K8913 ના અવેજીઓ અલગ-અલગ હોવાથી અને સમાન પરમાણુ વજન ધરાવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, પહેલાના અવેજીમાં હાઇડ્રોક્સિમિથિલ છે અને બાદમાંના અવેજીમાં હાઇડ્રોક્સાઇપ્રોપીલ છે, પરંતુ બંનેનું પરમાણુ વજન 100,000 છે, તેથી તેનો અર્થ એ પણ થાય છે કે સમાન પરમાણુ વજનનો આધાર સંજોગોમાં, હાઇડ્રોક્સિમિથાઇલ જૂથનો S+ અને S- હાઇડ્રોક્સીપ્રોપીલ જૂથ કરતાં નાનો હોઈ શકે છે. પરંતુ અવેજીની ડિગ્રી પણ શક્ય છે, કારણ કે K8913 ની અવેજીની ડિગ્રી લગભગ 3.00 છે, જ્યારે MO43 ની ડિગ્રી માત્ર 1.90 છે.

K8913 અને K9113 ના અવેજીકરણ અને અવેજીની ડિગ્રી સમાન છે પરંતુ માત્ર પરમાણુ વજન અલગ છે, બંને વચ્ચેની સરખામણી દર્શાવે છે કે પરમાણુ વજનના વધારા સાથે હાઇડ્રોક્સીપ્રોપીલ સેલ્યુલોઝનો S+ ઘટે છે, પરંતુ S- તેનાથી વિપરીત વધે છે. .

તમામ સેલ્યુલોઝ ઈથર્સ અને તેના ઘટકોની સપાટીની ઊર્જાના પરીક્ષણ પરિણામોના સારાંશમાંથી, તે જોઈ શકાય છે કે તે સેલ્યુલોઝ હોય કે સેલ્યુલોઝ ઈથર, તેમની સપાટીની ઊર્જાનો મુખ્ય ઘટક લિફ્શિટ્ઝ-વાન ડેર વાલ્સ ફોર્સ છે, જે માટે જવાબદાર છે. લગભગ 98% ~ 99%. તદુપરાંત, આ નોનિયોનિક સેલ્યુલોઝ ઇથર્સ (MO43 સિવાય) ના લિફ્શિટ્ઝ-વાન ડેર વાલ્સ દળો પણ સેલ્યુલોઝ કરતા મોટાભાગે વધારે છે, જે સૂચવે છે કે સેલ્યુલોઝની ઇથરફિકેશન પ્રક્રિયા પણ લિફ્શિટ્ઝ-વાન ડેર વાલ્સ દળોને વધારવાની પ્રક્રિયા છે. અને આ વધારો સેલ્યુલોઝ ઈથરની સપાટીની ઉર્જા સેલ્યુલોઝ કરતા વધારે હોવા તરફ દોરી જાય છે. આ ઘટના ખૂબ જ રસપ્રદ છે કારણ કે આ સેલ્યુલોઝ ઇથર્સનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે સર્ફેક્ટન્ટ્સના ઉત્પાદનમાં થાય છે. પરંતુ ડેટા નોંધનીય છે, એટલું જ નહીં કારણ કે આ પ્રયોગમાં ચકાસાયેલ સંદર્ભ પ્રમાણભૂત નમૂના વિશેનો ડેટા સાહિત્યમાં નોંધાયેલા મૂલ્ય સાથે અત્યંત સુસંગત છે, સંદર્ભ પ્રમાણભૂત નમૂના વિશેનો ડેટા સાહિત્યમાં નોંધાયેલા મૂલ્ય સાથે અત્યંત સુસંગત છે. ઉદાહરણ: આ બધા સેલ્યુલોઝ ઈથર્સનો SAB સેલ્યુલોઝ કરતા નોંધપાત્ર રીતે નાનો છે અને આ તેમના ખૂબ મોટા લેવિસ પાયાને કારણે છે. સમાન અવેજીકરણ અને અવેજીની ડિગ્રીના આધારે, હાઇડ્રોક્સીપ્રોપીલ સેલ્યુલોઝની સપાટી મુક્ત ઊર્જા પરમાણુ વજનના પ્રમાણસર છે; જ્યારે હાઈડ્રોક્સીપ્રોપીલ મેથાઈલસેલ્યુલોઝની સપાટી મુક્ત ઊર્જા અવેજીની ડિગ્રીના પ્રમાણસર અને પરમાણુ વજનના વિપરિત પ્રમાણસર છે.

વધુમાં, કારણ કે સેલ્યુલોઝ ઇથર્સમાં સેલ્યુલોઝ કરતાં વધુ SLW હોય છે, પરંતુ આપણે પહેલાથી જ જાણીએ છીએ કે તેમની વિખરતા સેલ્યુલોઝ કરતાં વધુ સારી છે, તેથી તે પ્રાથમિક રીતે માનવામાં આવી શકે છે કે નોનિયોનિક સેલ્યુલોઝ ઇથર્સનું નિર્માણ કરતા SLWનું મુખ્ય ઘટક લંડન બળ હોવું જોઈએ.

3. નિષ્કર્ષ

અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે અવેજીના પ્રકાર, અવેજીની ડિગ્રી અને પરમાણુ વજન નોન-આયોનિક સેલ્યુલોઝ ઈથરની સપાટીની ઉર્જા અને રચના પર ઘણો પ્રભાવ ધરાવે છે. અને આ અસર નીચેની નિયમિતતા ધરાવે છે તેવું લાગે છે:

(1) નોન-આયોનિક સેલ્યુલોઝ ઈથરનું S+ S- કરતાં નાનું છે.

(2) નોનિયોનિક સેલ્યુલોઝ ઈથરની સપાટીની ઉર્જા લિફ્શિટ્ઝ-વાન ડેર વાલ્સ ફોર્સ દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવે છે.

(3) પરમાણુ વજન અને અવેજીની અસર બિન-આયોનિક સેલ્યુલોઝ ઈથરની સપાટીની ઉર્જા પર હોય છે, પરંતુ તે મુખ્યત્વે અવેજીના પ્રકાર પર આધાર રાખે છે.

(4) સમાન અવેજીકરણ અને અવેજીની ડિગ્રીના આધારે, હાઇડ્રોક્સીપ્રોપીલ સેલ્યુલોઝની સપાટી મુક્ત ઊર્જા પરમાણુ વજનના પ્રમાણસર છે; જ્યારે હાઈડ્રોક્સીપ્રોપીલ મેથાઈલસેલ્યુલોઝની સપાટી મુક્ત ઊર્જા અવેજીની ડિગ્રીના પ્રમાણસર અને પરમાણુ વજનના વિપરિત પ્રમાણસર છે.

(5) સેલ્યુલોઝની ઇથેરીફિકેશન પ્રક્રિયા એ એવી પ્રક્રિયા છે જેમાં લિફ્શિટ્ઝ-વાન ડેર વાલ્સ બળ વધે છે, અને તે એવી પ્રક્રિયા પણ છે જેમાં લેવિસ એસિડિટી ઘટે છે અને લેવિસ આલ્કલિનિટી વધે છે.