Cationic સેલ્યુલોઝ ઈથર સોલ્યુશનના ગુણધર્મો

વિવિધ pH મૂલ્યો પર હાઇ-ચાર્જ-ડેન્સિટી કેશનિક સેલ્યુલોઝ ઈથર (KG-30M) ના પાતળું સોલ્યુશન પ્રોપર્ટીઝનો અભ્યાસ લેસર સ્કેટરિંગ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ સાથે કરવામાં આવ્યો હતો, હાઇડ્રોડાયનેમિક ત્રિજ્યા (Rh) થી જુદા જુદા ખૂણા પર, અને રુટ સરેરાશ ચોરસ ત્રિજ્યા પરિભ્રમણ. Rg Rh નો ગુણોત્તર સૂચવે છે કે તેનો આકાર અનિયમિત છે પરંતુ ગોળાકારની નજીક છે. પછી, રિઓમીટરની મદદથી, વિવિધ ચાર્જ ઘનતાવાળા કેશનિક સેલ્યુલોઝ ઇથર્સના ત્રણ સંકેન્દ્રિત ઉકેલોનો વિગતવાર અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો, અને સાંદ્રતાના પ્રભાવ, pH મૂલ્ય અને તેના રેયોલોજિકલ ગુણધર્મો પર તેની પોતાની ચાર્જ ઘનતાની ચર્ચા કરવામાં આવી. જેમ જેમ એકાગ્રતા વધતી ગઈ તેમ તેમ ન્યુટનના ઘાતાંકમાં પ્રથમ ઘટાડો થયો અને પછી ઘટાડો થયો. વધઘટ અથવા તો રિબાઉન્ડ થાય છે, અને થિક્સોટ્રોપિક વર્તન 3% (સામૂહિક અપૂર્ણાંક) પર થાય છે. ઉચ્ચ શૂન્ય-શીયર સ્નિગ્ધતા મેળવવા માટે મધ્યમ ચાર્જ ઘનતા ફાયદાકારક છે, અને pH તેની સ્નિગ્ધતા પર ઓછી અસર કરે છે.

મુખ્ય શબ્દો:cationic સેલ્યુલોઝ ઈથર; મોર્ફોલોજી; શૂન્ય શીયર સ્નિગ્ધતા; રિઓલોજી

સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ્સ અને તેમના સંશોધિત કાર્યાત્મક પોલિમરનો શારીરિક અને સેનિટરી ઉત્પાદનો, પેટ્રોકેમિકલ્સ, દવા, ખોરાક, વ્યક્તિગત સંભાળ ઉત્પાદનો, પેકેજિંગ વગેરે ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. ક્ષમતા, તે રોજિંદા રસાયણો, ખાસ કરીને શેમ્પૂમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે, અને શેમ્પૂ કર્યા પછી વાળની ​​કોમ્બેબિલિટી સુધારી શકે છે. તે જ સમયે, તેની સારી સુસંગતતાને કારણે, તેનો ઉપયોગ ટુ-ઇન-વન અને ઓલ-ઇન-વન શેમ્પૂમાં કરી શકાય છે. તેની પાસે સારી એપ્લિકેશનની સંભાવના પણ છે અને તેણે વિવિધ દેશોનું ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે. સાહિત્યમાં એવું નોંધવામાં આવ્યું છે કે સેલ્યુલોઝ ડેરિવેટિવ સોલ્યુશન્સ ન્યુટોનિયન પ્રવાહી, સ્યુડોપ્લાસ્ટિક પ્રવાહી, થિક્સોટ્રોપિક પ્રવાહી અને વિસ્કોએલાસ્ટિક પ્રવાહી જેવા વર્તણૂકોને એકાગ્રતામાં વધારો સાથે દર્શાવે છે, પરંતુ મોર્ફોલોજી, રેયોલોજી અને કેશનિક સેલ્યુલોઝ ઈથરનું પ્રભાવી પરિબળો થોડા છે. સંશોધન અહેવાલો. વ્યવહારિક ઉપયોગ માટે સંદર્ભ પૂરો પાડવા માટે, આ પેપર ચતુર્થાંશ એમોનિયમ સંશોધિત સેલ્યુલોઝ જલીય દ્રાવણના rheological વર્તન પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે.

1. પ્રાયોગિક ભાગ

1.1 કાચો માલ

Cationic સેલ્યુલોઝ ઈથર (KG-30M, JR-30M, LR-30M); કેનેડા ડાઉ કેમિકલ કંપનીનું ઉત્પાદન, જાપાનમાં પ્રોક્ટર એન્ડ ગેમ્બલ કંપની કોબે આર એન્ડ ડી સેન્ટર દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવે છે, જે વેરિયો EL એલિમેન્ટલ વિશ્લેષક (જર્મન એલિમેન્ટલ કંપની) દ્વારા માપવામાં આવે છે, નમૂના નાઇટ્રોજન સામગ્રી અનુક્રમે 2.7%, 1.8%, 1.0% છે (ચાર્જ ઘનતા છે. 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, 0.7 Meq/g અનુક્રમે), અને તેનું પરીક્ષણ જર્મન ALV-5000E લેસર લાઇટ સ્કેટરિંગ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ (LLS) દ્વારા કરવામાં આવે છે અને તેનું વજન સરેરાશ મોલેક્યુલર વજન આશરે 1.64 છે.×106 ગ્રામ/મોલ.

1.2 ઉકેલની તૈયારી

નમૂનાને ફિલ્ટરેશન, ડાયાલિસિસ અને ફ્રીઝ-ડ્રાયિંગ દ્વારા શુદ્ધ કરવામાં આવ્યું હતું. અનુક્રમે ત્રણ જથ્થાત્મક નમૂનાઓની શ્રેણીનું વજન કરો અને જરૂરી એકાગ્રતા તૈયાર કરવા માટે pH 4.00, 6.86, 9.18 સાથે પ્રમાણભૂત બફર સોલ્યુશન ઉમેરો. નમૂનાઓ સંપૂર્ણપણે ઓગળી ગયા હતા તેની ખાતરી કરવા માટે, પરીક્ષણ પહેલાં 48 કલાક માટે તમામ નમૂનાના ઉકેલોને ચુંબકીય સ્ટિરર પર મૂકવામાં આવ્યા હતા.

1.3 પ્રકાશ સ્કેટરિંગ માપ

પાતળું જલીય દ્રાવણમાં નમૂનાનું વજન-સરેરાશ મોલેક્યુલર વજન માપવા માટે LLS નો ઉપયોગ કરો, હાઇડ્રોડાયનેમિક ત્રિજ્યા અને રુટ સરેરાશ ચોરસ ત્રિજ્યા પરિભ્રમણ જ્યારે બીજા વિલી ગુણાંક અને વિવિધ ખૂણાઓ,), અને અનુમાન કરો કે આ cationic સેલ્યુલોઝ ઈથર છે. તેના ગુણોત્તર સ્થિતિ દ્વારા જલીય દ્રાવણ.

1.4 સ્નિગ્ધતા માપન અને rheological તપાસ

બ્રુકફિલ્ડ RVDV-III+ રિઓમીટર દ્વારા કેન્દ્રિત CCE સોલ્યુશનનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો, અને સેમ્પલ સ્નિગ્ધતા જેવા rheological ગુણધર્મો પર સાંદ્રતા, ચાર્જ ઘનતા અને pH મૂલ્યના પ્રભાવની તપાસ કરવામાં આવી હતી. ઉચ્ચ સાંદ્રતા પર, તેની થિક્સોટ્રોપીની તપાસ કરવી જરૂરી છે.

2. પરિણામો અને ચર્ચા

2.1 પ્રકાશ સ્કેટરિંગ પર સંશોધન

તેની વિશિષ્ટ પરમાણુ રચનાને લીધે, સારા દ્રાવકમાં પણ એક પરમાણુના સ્વરૂપમાં અસ્તિત્વમાં હોવું મુશ્કેલ છે, પરંતુ ચોક્કસ સ્થિર માઇસેલ્સ, ક્લસ્ટરો અથવા સંગઠનોના સ્વરૂપમાં.

જ્યારે CCE ના પાતળું જલીય દ્રાવણ (~o.1%) ધ્રુવીકરણ માઇક્રોસ્કોપ વડે અવલોકન કરવામાં આવ્યું ત્યારે, બ્લેક ક્રોસ ઓર્થોગોનલ ફીલ્ડની પૃષ્ઠભૂમિ હેઠળ, "સ્ટાર" તેજસ્વી ફોલ્લીઓ અને તેજસ્વી બાર દેખાયા. તે વધુ પ્રકાશ સ્કેટરિંગ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, વિવિધ pH અને ખૂણા પર ગતિશીલ હાઇડ્રોડાયનેમિક ત્રિજ્યા, પરિભ્રમણની મૂળ સરેરાશ ચોરસ ત્રિજ્યા અને બેરી ડાયાગ્રામમાંથી મેળવેલ બીજો વિલી ગુણાંક ટેબમાં સૂચિબદ્ધ છે. 1. 10-5 ની સાંદ્રતા પર મેળવેલ હાઇડ્રોડાયનેમિક ત્રિજ્યા ફંક્શનનો વિતરણ ગ્રાફ મુખ્યત્વે એક જ શિખર છે, પરંતુ વિતરણ ખૂબ વિશાળ છે (ફિગ. 1), જે દર્શાવે છે કે સિસ્ટમમાં પરમાણુ-સ્તરના જોડાણો અને મોટા એકંદર છે. ; ત્યાં ફેરફારો છે, અને Rg/Rb મૂલ્યો લગભગ 0.775 છે, જે સૂચવે છે કે દ્રાવણમાં CCE નો આકાર ગોળાકારની નજીક છે, પરંતુ તે પૂરતો નિયમિત નથી. Rb અને Rg પર pH ની અસર સ્પષ્ટ નથી. બફર સોલ્યુશનમાં કાઉન્ટરિયન તેની બાજુની સાંકળ પરના ચાર્જને બચાવવા અને તેને સંકોચવા માટે CCE સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, પરંતુ તફાવત કાઉન્ટરિયનના પ્રકાર સાથે બદલાય છે. ચાર્જ્ડ પોલિમરનું પ્રકાશ સ્કેટરિંગ માપ લાંબા-અંતરના બળની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને બાહ્ય હસ્તક્ષેપ માટે સંવેદનશીલ છે, તેથી LLS લાક્ષણિકતામાં કેટલીક ભૂલો અને મર્યાદાઓ છે. જ્યારે સામૂહિક અપૂર્ણાંક 0.02% કરતા વધારે હોય છે, ત્યારે આરએચ વિતરણ રેખાકૃતિમાં મોટે ભાગે અવિભાજ્ય ડબલ શિખરો અથવા તો બહુવિધ શિખરો હોય છે. જેમ જેમ સાંદ્રતા વધે છે તેમ, આરએચ પણ વધે છે, જે દર્શાવે છે કે વધુ મેક્રોમોલેક્યુલ્સ સંકળાયેલા છે અથવા તો એકીકૃત છે. જ્યારે કાઓ એટ અલ. કાર્બોક્સિમિથિલ સેલ્યુલોઝ અને સપાટી-સક્રિય મેક્રોમર્સના કોપોલિમરનો અભ્યાસ કરવા માટે પ્રકાશ સ્કેટરિંગનો ઉપયોગ કર્યો હતો, ત્યાં અવિભાજ્ય ડબલ શિખરો પણ હતા, જેમાંથી એક 30nm અને 100nm વચ્ચેની હતી, જે પરમાણુ સ્તરે માઇસેલ્સની રચનાનું પ્રતિનિધિત્વ કરતી હતી, અને બીજી ટોચ આરએચ પ્રમાણમાં છે. મોટા, જે એકંદર તરીકે ગણવામાં આવે છે, જે આ પેપરમાં નિર્ધારિત પરિણામો જેવું જ છે.

2.2 rheological વર્તન પર સંશોધન

2.2.1 એકાગ્રતાની અસર:KG-30M સોલ્યુશન્સની દેખીતી સ્નિગ્ધતાને અલગ અલગ શીયર રેટ પર વિવિધ સાંદ્રતા સાથે માપો અને ઓસ્ટવાલ્ડ-ડેવેલે દ્વારા પ્રસ્તાવિત પાવર લો સમીકરણના લઘુગણક સ્વરૂપ અનુસાર, જ્યારે સામૂહિક અપૂર્ણાંક 0.7% થી વધુ ન હોય, અને સીધી રેખાઓની શ્રેણી 0.99 થી વધુ રેખીય સહસંબંધ ગુણાંક સાથે મેળવવામાં આવ્યા હતા. અને જેમ જેમ સાંદ્રતા વધે છે તેમ, ન્યુટનના ઘાતાંક n નું મૂલ્ય ઘટે છે (બધા 1 કરતા ઓછા), સ્પષ્ટ સ્યુડોપ્લાસ્ટીક પ્રવાહી દર્શાવે છે. શીયર ફોર્સ દ્વારા સંચાલિત, મેક્રોમોલેક્યુલર સાંકળો ગૂંચવા અને દિશા તરફ દોરવાનું શરૂ કરે છે, તેથી સ્નિગ્ધતા ઘટે છે. જ્યારે સામૂહિક અપૂર્ણાંક 0.7% કરતા વધારે હોય છે, ત્યારે પ્રાપ્ત સીધી રેખાનો રેખીય સહસંબંધ ગુણાંક ઘટે છે (લગભગ 0.98), અને n એકાગ્રતાના વધારા સાથે વધઘટ અથવા તો વધવા લાગે છે; જ્યારે સામૂહિક અપૂર્ણાંક 3% (ફિગ. 2) સુધી પહોંચે છે, ત્યારે કોષ્ટક સ્પષ્ટ સ્નિગ્ધતા પહેલા વધે છે અને પછી શીયર રેટના વધારા સાથે ઘટે છે. અસાધારણ ઘટનાની આ શ્રેણી અન્ય એનિઓનિક અને કેશનિક પોલિમર સોલ્યુશન્સના અહેવાલોથી અલગ છે. n મૂલ્ય વધે છે, એટલે કે, બિન-ન્યુટોનિયન મિલકત નબળી પડી છે; ન્યુટોનિયન પ્રવાહી એ ચીકણું પ્રવાહી છે, અને આંતરપરમાણુ સ્લિપેજ શીયર સ્ટ્રેસની ક્રિયા હેઠળ થાય છે, અને તે પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાતું નથી; નોન-ન્યુટોનિયન પ્રવાહીમાં પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય તેવો સ્થિતિસ્થાપક ભાગ અને પુનઃપ્રાપ્ત ન કરી શકાય તેવો ચીકણો ભાગ હોય છે. શીયર સ્ટ્રેસની ક્રિયા હેઠળ, પરમાણુઓ વચ્ચે બદલી ન શકાય તેવી સ્લિપ થાય છે, અને તે જ સમયે, કારણ કે મેક્રોમોલેક્યુલ્સ શીયર સાથે ખેંચાયેલા અને લક્ષી હોય છે, એક પુનઃપ્રાપ્ત સ્થિતિસ્થાપક ભાગ રચાય છે. જ્યારે બાહ્ય બળ દૂર કરવામાં આવે છે, ત્યારે મેક્રોમોલેક્યુલ્સ મૂળ વળાંકવાળા સ્વરૂપમાં પાછા ફરે છે, તેથી n ની કિંમત વધે છે. નેટવર્ક માળખું બનાવવા માટે સાંદ્રતા સતત વધતી જાય છે. જ્યારે શીયર સ્ટ્રેસ નાનો હોય છે, ત્યારે તે નાશ પામશે નહીં, અને માત્ર સ્થિતિસ્થાપક વિરૂપતા થશે. આ સમયે, સ્થિતિસ્થાપકતા પ્રમાણમાં વધારવામાં આવશે, સ્નિગ્ધતા નબળી પડી જશે, અને n નું મૂલ્ય ઘટશે; જ્યારે માપન પ્રક્રિયા દરમિયાન શીયર તણાવ ધીમે ધીમે વધી રહ્યો છે, તેથી n મૂલ્ય વધઘટ થાય છે. જ્યારે સામૂહિક અપૂર્ણાંક 3% સુધી પહોંચે છે, ત્યારે દેખીતી સ્નિગ્ધતા પહેલા વધે છે અને પછી ઘટે છે, કારણ કે નાનું શીયર મેક્રોમોલેક્યુલ્સની અથડામણને મોટા એકંદર બનાવવા માટે પ્રોત્સાહન આપે છે, તેથી સ્નિગ્ધતા વધે છે, અને શીઅર તણાવ એગ્રીગેટ્સને તોડવાનું ચાલુ રાખે છે. , સ્નિગ્ધતા ફરીથી ઘટશે.

થિક્સોટ્રોપીની તપાસમાં, ઇચ્છિત y સુધી પહોંચવા માટે ઝડપ (r/min) સેટ કરો, જ્યાં સુધી તે સેટ મૂલ્ય સુધી ન પહોંચે ત્યાં સુધી નિયમિત અંતરાલમાં ઝડપ વધારવી, અને પછી અનુરૂપ મેળવવા માટે મહત્તમ ગતિથી પ્રારંભિક મૂલ્ય પર ઝડપથી ઘટાડો. શીયર સ્ટ્રેસ, શીયર રેટ સાથે તેનો સંબંધ ફિગ 3 માં બતાવવામાં આવ્યો છે. જ્યારે સામૂહિક અપૂર્ણાંક 2.5% કરતા ઓછો હોય, ત્યારે ઉપરનું વળાંક અને નીચેનું વળાંક સંપૂર્ણપણે ઓવરલેપ થાય છે, પરંતુ જ્યારે સમૂહ અપૂર્ણાંક 3% હોય, ત્યારે બે રેખાઓ નં. લાંબા સમય સુધી ઓવરલેપ થાય છે, અને નીચેની રેખા પાછળ રહે છે, જે થિક્સોટ્રોપી સૂચવે છે.

શીયર સ્ટ્રેસની સમય અવલંબનને રિઓલોજિકલ રેઝિસ્ટન્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. રિઓલોજિકલ પ્રતિકાર એ વિસ્કોએલાસ્ટિક પ્રવાહી અને થિક્સોટ્રોપિક રચનાઓવાળા પ્રવાહીનું લાક્ષણિક વર્તન છે. તે જોવા મળે છે કે મોટા y સમાન સમૂહ અપૂર્ણાંક પર છે, ઝડપી r સંતુલન સુધી પહોંચે છે, અને સમય અવલંબન નાનું છે; નીચા સામૂહિક અપૂર્ણાંક (<2%) પર, CCE rheological પ્રતિકાર બતાવતું નથી. જ્યારે સામૂહિક અપૂર્ણાંક 2.5% સુધી વધે છે, ત્યારે તે મજબૂત સમય અવલંબન દર્શાવે છે (ફિગ. 4), અને તે સંતુલન સુધી પહોંચવામાં લગભગ 10 મિનિટ લે છે, જ્યારે 3.0% પર, સંતુલન સમય 50 મિનિટ લે છે. સિસ્ટમની સારી થિક્સોટ્રોપી વ્યવહારુ ઉપયોગ માટે અનુકૂળ છે.

2.2.2 ચાર્જ ઘનતાની અસર:સ્પેન્સર-ડિલોન પ્રયોગમૂલક સૂત્રનું લઘુગણક સ્વરૂપ પસંદ કરવામાં આવ્યું છે, જેમાં શૂન્ય-કટ સ્નિગ્ધતા, b સમાન સાંદ્રતા અને વિવિધ તાપમાને સ્થિર છે, અને સમાન તાપમાને એકાગ્રતાના વધારા સાથે વધે છે. 1966માં Onogi દ્વારા અપનાવવામાં આવેલા પાવર કાયદાના સમીકરણ મુજબ, M એ પોલિમરનું સાપેક્ષ પરમાણુ સમૂહ છે, A અને B સ્થિરાંકો છે અને c એ સમૂહ અપૂર્ણાંક (%) છે. ફિગ.5 ત્રણ વણાંકો 0.6% ની આસપાસ સ્પષ્ટ વિક્ષેપ બિંદુઓ ધરાવે છે, એટલે કે, એક જટિલ સમૂહ અપૂર્ણાંક છે. 0.6% થી વધુ, શૂન્ય-શીયર સ્નિગ્ધતા એકાગ્રતા C ના વધારા સાથે ઝડપથી વધે છે. વિવિધ ચાર્જ ઘનતાવાળા ત્રણ નમૂનાઓના વળાંક ખૂબ નજીક છે. તેનાથી વિપરીત, જ્યારે સામૂહિક અપૂર્ણાંક 0.2% અને 0.8% ની વચ્ચે હોય છે, ત્યારે સૌથી નાની ચાર્જ ઘનતાવાળા LR નમૂનાની શૂન્ય-કટ સ્નિગ્ધતા સૌથી મોટી હોય છે, કારણ કે હાઇડ્રોજન બોન્ડ એસોસિએશનને ચોક્કસ સંપર્કની જરૂર હોય છે. તેથી, ચાર્જ ઘનતા મેક્રોમોલેક્યુલ્સને વ્યવસ્થિત અને કોમ્પેક્ટ રીતે ગોઠવી શકાય છે કે કેમ તેની સાથે નજીકથી સંબંધિત છે; DSC પરીક્ષણ દ્વારા, એવું જણાયું છે કે LR પાસે નબળા સ્ફટિકીકરણની ટોચ છે, જે યોગ્ય ચાર્જ ઘનતા દર્શાવે છે, અને શૂન્ય-શીયર સ્નિગ્ધતા સમાન સાંદ્રતા પર વધારે છે. જ્યારે સામૂહિક અપૂર્ણાંક 0.2% કરતા ઓછો હોય, ત્યારે LR સૌથી નાનો હોય છે, કારણ કે મંદ દ્રાવણમાં, ઓછી ચાર્જ ઘનતાવાળા મેક્રોમોલેક્યુલ્સ કોઇલ ઓરિએન્ટેશન બનાવવાની શક્યતા વધારે હોય છે, તેથી શૂન્ય-શીયર સ્નિગ્ધતા ઓછી હોય છે. જાડું થવાની કામગીરીના સંદર્ભમાં આનું સારું માર્ગદર્શક મહત્વ છે.

2.2.3 pH અસર: ફિગ. 6 એ 0.05% થી 2.5% સમૂહ અપૂર્ણાંકની શ્રેણીમાં વિવિધ pH પર માપવામાં આવેલ પરિણામ છે. 0.45% ની આસપાસ એક ઈન્ફ્લેક્શન પોઈન્ટ છે, પરંતુ ત્રણ વણાંકો લગભગ ઓવરલેપ થાય છે, જે દર્શાવે છે કે pH ની શૂન્ય-શીયર સ્નિગ્ધતા પર કોઈ સ્પષ્ટ અસર નથી, જે એનિઓનિક સેલ્યુલોઝ ઈથરની pH પ્રત્યેની સંવેદનશીલતાથી તદ્દન અલગ છે.

3. નિષ્કર્ષ

LLS દ્વારા KG-30M પાતળું જલીય દ્રાવણનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે, અને મેળવેલ હાઇડ્રોડાયનેમિક ત્રિજ્યા વિતરણ એક જ ટોચ છે. કોણ અવલંબન અને Rg/Rb ગુણોત્તર પરથી, તે અનુમાન કરી શકાય છે કે તેનો આકાર ગોળાકારની નજીક છે, પરંતુ તે પૂરતો નિયમિત નથી. ત્રણ ચાર્જ ઘનતાવાળા CCE ઉકેલો માટે, એકાગ્રતાના વધારા સાથે સ્નિગ્ધતા વધે છે, પરંતુ ન્યૂટનની શિકાર સંખ્યા n પ્રથમ ઘટે છે, પછી વધઘટ થાય છે અને વધે છે; pH ની સ્નિગ્ધતા પર થોડી અસર થાય છે, અને મધ્યમ ચાર્જ ઘનતા ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતા મેળવી શકે છે.