नॉनऑनिक सेलूलोज़ ईथर की सतह के गुणों पर पदार्थों और आणविक भार का प्रभाव

वाशबर्न के संसेचन सिद्धांत (प्रवेश सिद्धांत) और वैन ओस-गुड-चौधरी के संयोजन सिद्धांत (संयोजन सिद्धांत) और स्तंभ बाती प्रौद्योगिकी (कॉलम विकिंग तकनीक) के अनुप्रयोग के अनुसार, कई गैर-आयनिक सेलूलोज़ ईथर, जैसे मिथाइल सेलूलोज़ की सतह के गुण सेलूलोज़, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल सेलुलोज़ और हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज़ का परीक्षण किया गया। इन सेल्युलोज ईथरों के विभिन्न प्रतिस्थापनों, प्रतिस्थापन की डिग्री और आणविक भार के कारण, उनकी सतह ऊर्जा और उनके घटक काफी भिन्न होते हैं। डेटा से पता चलता है कि गैर-आयनिक सेलूलोज़ ईथर का लुईस आधार लुईस एसिड से बड़ा है, और सतह मुक्त ऊर्जा का मुख्य घटक लाइफशिट्ज़-वैन डेर वाल्स बल है। हाइड्रोक्सीप्रोपाइल की सतह ऊर्जा और इसकी संरचना हाइड्रोक्सीमिथाइल की तुलना में अधिक है। समान प्रतिस्थापन और प्रतिस्थापन की डिग्री के आधार पर, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल सेलूलोज़ की सतह मुक्त ऊर्जा आणविक भार के समानुपाती होती है; जबकि हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की सतह मुक्त ऊर्जा प्रतिस्थापन की डिग्री के समानुपाती और आणविक भार के व्युत्क्रमानुपाती होती है। प्रयोग में यह भी पाया गया कि गैर-आयनिक सेलूलोज़ ईथर में स्थानापन्न हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल और हाइड्रॉक्सीप्रोपाइलमिथाइल की सतह ऊर्जा सेलूलोज़ की सतह ऊर्जा से अधिक प्रतीत होती है, और प्रयोग साबित करता है कि परीक्षण किए गए सेलूलोज़ की सतह ऊर्जा और इसकी संरचना डेटा हैं साहित्य के अनुरूप.

मुख्य शब्द: गैर-आयनिक सेलूलोज़ ईथर; प्रतिस्थापन और प्रतिस्थापन की डिग्री; आणविक वजन; सतह के गुण; बाती प्रौद्योगिकी

सेल्युलोज ईथर सेल्युलोज डेरिवेटिव की एक बड़ी श्रेणी है, जिसे उनके ईथर प्रतिस्थापन की रासायनिक संरचना के अनुसार आयनिक, धनायनिक और गैर-आयनिक ईथर में विभाजित किया जा सकता है। सेलूलोज़ ईथर भी पॉलिमर रसायन विज्ञान में अनुसंधान और उत्पादित सबसे शुरुआती उत्पादों में से एक है। अब तक, सेल्युलोज ईथर का उपयोग चिकित्सा, स्वच्छता, सौंदर्य प्रसाधन और खाद्य उद्योग में व्यापक रूप से किया जाता रहा है।

यद्यपि सेल्युलोज ईथर, जैसे कि हाइड्रॉक्सीमेथाइलसेलुलोज, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइलसेलुलोज और हाइड्रॉक्सीप्रोपाइलमिथाइलसेलुलोज, औद्योगिक रूप से उत्पादित किए गए हैं और उनके कई गुणों का अध्ययन किया गया है, उनकी सतह ऊर्जा, एसिड क्षार-प्रतिक्रियाशील गुणों की अब तक रिपोर्ट नहीं की गई है। चूँकि इनमें से अधिकांश उत्पाद तरल वातावरण में उपयोग किए जाते हैं, और सतह की विशेषताएँ, विशेष रूप से एसिड-बेस प्रतिक्रिया विशेषताएँ, उनके उपयोग को प्रभावित करने की संभावना होती हैं, इस वाणिज्यिक सेलूलोज़ ईथर की सतह रासायनिक विशेषताओं का अध्ययन और समझना बहुत आवश्यक है।

यह ध्यान में रखते हुए कि सेल्युलोज डेरिवेटिव के नमूनों को तैयारी की स्थितियों में बदलाव के साथ बदलना बहुत आसान है, यह पेपर वाणिज्यिक उत्पादों को उनकी सतह ऊर्जा को चिह्नित करने के लिए नमूने के रूप में उपयोग करता है, और इसके आधार पर, सतह पर ऐसे उत्पादों के प्रतिस्थापन और आणविक भार के प्रभाव को दर्शाता है। गुणों का अध्ययन किया जाता है।

1. प्रायोगिक भाग

1.1 कच्चा माल

प्रयोग में प्रयुक्त गैर-आयनिक सेलूलोज़ ईथर का उत्पाद हैकिमा केमिकल कंपनी लिमिटेड,. परीक्षण से पहले नमूनों का कोई उपचार नहीं किया गया।

यह ध्यान में रखते हुए कि सेलूलोज़ डेरिवेटिव सेलूलोज़ से बने होते हैं, दोनों संरचनाएं करीब हैं, और सेलूलोज़ की सतह के गुणों को साहित्य में बताया गया है, इसलिए यह पेपर मानक नमूने के रूप में सेलूलोज़ का उपयोग करता है। उपयोग किए गए सेलूलोज़ नमूने का कोड-नाम C8002 था और इसे यहीं से खरीदा गया थाकिमा, CN. परीक्षण के दौरान नमूने पर कोई उपचार नहीं किया गया।

प्रयोग में प्रयुक्त अभिकर्मक हैं: ईथेन, डाययोडोमेथेन, विआयनीकृत पानी, फॉर्मामाइड, टोल्यूनि, क्लोरोफॉर्म। पानी को छोड़कर सभी तरल पदार्थ विश्लेषणात्मक रूप से शुद्ध उत्पाद थे जो व्यावसायिक रूप से उपलब्ध था।

1.2 प्रायोगिक विधि

इस प्रयोग में, कॉलम विकिंग तकनीक को अपनाया गया, और 3 मिमी के आंतरिक व्यास वाले एक मानक पिपेट के एक खंड (लगभग 10 सेमी) को कॉलम ट्यूब के रूप में काटा गया। हर बार 200 मिलीग्राम पाउडर का नमूना कॉलम ट्यूब में डालें, फिर इसे समान बनाने के लिए इसे हिलाएं और इसे लगभग 3 सेमी के आंतरिक व्यास के साथ ग्लास कंटेनर के तल पर लंबवत रखें, ताकि तरल को स्वचालित रूप से सोख लिया जा सके। परीक्षण किए जाने वाले तरल का 1 एमएल वजन करें और इसे एक ग्लास कंटेनर में रखें, और एक ही समय में विसर्जन समय टी और विसर्जन दूरी एक्स रिकॉर्ड करें। सभी प्रयोग कमरे के तापमान (25) पर किए गए±1°सी)। प्रत्येक डेटा तीन प्रतिकृति प्रयोगों का औसत है।

1.3 प्रायोगिक डेटा की गणना

पाउडर सामग्री की सतह ऊर्जा का परीक्षण करने के लिए कॉलम विकिंग तकनीक के अनुप्रयोग का सैद्धांतिक आधार वॉशबर्न संसेचन समीकरण (वॉशबर्न प्रवेश समीकरण) है।

1.3.1 मापे गए नमूने की केशिका प्रभावी त्रिज्या रेफ का निर्धारण

वॉशबर्न विसर्जन फॉर्मूला लागू करते समय, पूर्ण गीलापन प्राप्त करने की स्थिति cos=1 है। इसका मतलब यह है कि जब किसी तरल को पूरी तरह से गीली स्थिति प्राप्त करने के लिए ठोस में डुबोने के लिए चुना जाता है, तो हम वॉशबर्न विसर्जन सूत्र के एक विशेष मामले के अनुसार विसर्जन दूरी और समय का परीक्षण करके मापा नमूने की केशिका प्रभावी त्रिज्या रेफ की गणना कर सकते हैं।

1.3.2 मापे गए नमूने के लिए लाइफशिट्ज़-वैन डेर वाल्स बल गणना

वैन ओस्स-चौधरी-गुड के संयोजन नियमों के अनुसार, तरल और ठोस के बीच प्रतिक्रियाओं के बीच संबंध।

1.3.3 मापे गए नमूनों के लुईस एसिड-बेस बल की गणना

सामान्य तौर पर, ठोस पदार्थों के एसिड-बेस गुणों का अनुमान पानी और फॉर्मामाइड से संसेचित डेटा से लगाया जाता है। लेकिन इस लेख में, हमने पाया कि सेलूलोज़ को मापने के लिए ध्रुवीय तरल पदार्थों की इस जोड़ी का उपयोग करते समय कोई समस्या नहीं है, लेकिन सेलूलोज़ ईथर के परीक्षण में, क्योंकि सेलूलोज़ ईथर में पानी/फॉर्मामाइड की ध्रुवीय समाधान प्रणाली की विसर्जन ऊंचाई बहुत कम है , जिससे समय रिकार्ड करना बहुत कठिन हो गया है। इसलिए, चिबोस्क द्वारा शुरू की गई टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्म समाधान प्रणाली का चयन किया गया था। चिबोव्स्की के अनुसार, टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्म ध्रुवीय समाधान प्रणाली भी एक विकल्प है। ऐसा इसलिए है क्योंकि इन दोनों तरल पदार्थों में बहुत विशेष अम्लता और क्षारीयता होती है, उदाहरण के लिए, टोल्यूनि में कोई लुईस अम्लता नहीं होती है, और क्लोरोफॉर्म में कोई लुईस क्षारीयता नहीं होती है। टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्म समाधान प्रणाली द्वारा प्राप्त डेटा को पानी/फॉर्मामाइड की अनुशंसित ध्रुवीय समाधान प्रणाली के करीब लाने के लिए, हम एक ही समय में सेलूलोज़ का परीक्षण करने के लिए इन दो ध्रुवीय तरल प्रणालियों का उपयोग करते हैं, और फिर संबंधित विस्तार या संकुचन गुणांक प्राप्त करते हैं। आवेदन करने से पहले सेल्युलोज ईथर को टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्म के साथ संसेचित करके प्राप्त डेटा पानी/फॉर्मामाइड प्रणाली के लिए प्राप्त निष्कर्षों के करीब है। चूंकि सेल्युलोज ईथर सेल्युलोज से प्राप्त होते हैं और दोनों के बीच एक समान संरचना होती है, इसलिए यह अनुमान विधि मान्य हो सकती है।

1.3.4 कुल सतह मुक्त ऊर्जा की गणना

2. परिणाम और चर्चा

2.1 सेलूलोज़ मानक

चूंकि सेलूलोज़ मानक नमूनों पर हमारे परीक्षण परिणामों से पता चला है कि ये डेटा साहित्य में रिपोर्ट किए गए डेटा के साथ अच्छे समझौते में हैं, इसलिए यह मानना ​​​​उचित है कि सेलूलोज़ ईथर पर परीक्षण परिणामों पर भी विचार किया जाना चाहिए।

2.2 सेलूलोज़ ईथर के परीक्षण परिणाम और चर्चा

सेल्युलोज ईथर के परीक्षण के दौरान, पानी और फॉर्मामाइड की विसर्जन ऊंचाई बहुत कम होने के कारण विसर्जन दूरी और समय को रिकॉर्ड करना बहुत मुश्किल होता है। इसलिए, यह पेपर एक वैकल्पिक समाधान के रूप में टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्म समाधान प्रणाली को चुनता है, और सेल्युलोज पर पानी/फॉर्मामाइड और टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्म के परीक्षण परिणामों और दो समाधान प्रणालियों के बीच आनुपातिक संबंध के आधार पर सेल्यूलोज ईथर की लुईस अम्लता का अनुमान लगाता है। और क्षारीय शक्ति.

सेलूलोज़ को एक मानक नमूने के रूप में लेते हुए, सेलूलोज़ ईथर की एसिड-बेस विशेषताओं की एक श्रृंखला दी गई है। चूँकि सेलूलोज़ ईथर को टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्म के साथ संसेचित करने के परिणाम का सीधे परीक्षण किया जाता है, यह विश्वसनीय है।

इसका मतलब यह है कि प्रतिस्थापकों का प्रकार और आणविक भार सेल्युलोज ईथर के एसिड-बेस गुणों को प्रभावित करते हैं, और दो प्रतिस्थापकों, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल और हाइड्राक्सीप्रोपाइलमिथाइल के बीच का संबंध, सेल्युलोज ईथर के एसिड-बेस गुणों और आणविक भार पर बिल्कुल विपरीत होता है। लेकिन यह इस तथ्य से भी संबंधित हो सकता है कि सांसद मिश्रित विकल्प हैं।

चूँकि MO43 और K8913 के प्रतिस्थापी अलग-अलग हैं और इनका आणविक भार समान है, उदाहरण के लिए, पहले का प्रतिस्थापी हाइड्रॉक्सीमेथाइल है और बाद वाले का प्रतिस्थापी हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल है, लेकिन दोनों का आणविक भार 100,000 है, इसलिए इसका यह भी अर्थ है कि समान आणविक भार के आधार पर परिस्थितियों में, हाइड्रॉक्सीमेथाइल समूह का S+ और S- हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल समूह से छोटा हो सकता है। लेकिन प्रतिस्थापन की डिग्री भी संभव है, क्योंकि K8913 की प्रतिस्थापन की डिग्री लगभग 3.00 है, जबकि MO43 की प्रतिस्थापन की डिग्री केवल 1.90 है।

चूँकि K8913 और K9113 के प्रतिस्थापन और प्रतिस्थापन की डिग्री समान है, लेकिन केवल आणविक भार भिन्न है, दोनों के बीच तुलना से पता चलता है कि हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल सेलूलोज़ का S+ आणविक भार के बढ़ने के साथ घटता है, लेकिन S- इसके विपरीत बढ़ता है। .

सभी सेलूलोज़ ईथर और उनके घटकों की सतह ऊर्जा के परीक्षण परिणामों के सारांश से, यह देखा जा सकता है कि चाहे वह सेलूलोज़ हो या सेलूलोज़ ईथर, उनकी सतह ऊर्जा का मुख्य घटक लाइफशिट्ज़-वैन डेर वाल्स बल है, जिसका लेखा-जोखा लगभग 98%~99%। इसके अलावा, इन गैर-आयनिक सेलूलोज़ ईथर (MO43 को छोड़कर) के लाइफशिट्ज़-वान डेर वाल्स बल भी ज्यादातर सेलूलोज़ की तुलना में अधिक हैं, जो इंगित करता है कि सेलूलोज़ की ईथरीकरण प्रक्रिया भी लाइफशिट्ज़-वैन डेर वाल्स बलों को बढ़ाने की एक प्रक्रिया है। और इन बढ़ोतरी के कारण सेलूलोज़ ईथर की सतह ऊर्जा सेलूलोज़ की तुलना में अधिक हो जाती है। यह घटना बहुत दिलचस्प है क्योंकि इन सेलूलोज़ ईथर का उपयोग आमतौर पर सर्फेक्टेंट के उत्पादन में किया जाता है। लेकिन डेटा उल्लेखनीय है, न केवल इसलिए कि इस प्रयोग में परीक्षण किए गए संदर्भ मानक नमूने के बारे में डेटा साहित्य में बताए गए मूल्य के साथ बेहद सुसंगत है, बल्कि संदर्भ मानक नमूने के बारे में डेटा साहित्य में बताए गए मूल्य के साथ बेहद सुसंगत है। उदाहरण: इन सभी सेलूलोज़ ईथर का एसएबी सेलूलोज़ की तुलना में काफी छोटा है, और यह उनके बहुत बड़े लुईस आधारों के कारण है। समान प्रतिस्थापन और प्रतिस्थापन की डिग्री के आधार पर, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल सेलूलोज़ की सतह मुक्त ऊर्जा आणविक भार के समानुपाती होती है; जबकि हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की सतह मुक्त ऊर्जा प्रतिस्थापन की डिग्री के समानुपाती और आणविक भार के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

इसके अलावा, क्योंकि सेलूलोज़ ईथर में सेलूलोज़ की तुलना में बड़ा एसएलडब्ल्यू होता है, लेकिन हम पहले से ही जानते हैं कि उनकी फैलाव क्षमता सेलूलोज़ से बेहतर है, इसलिए प्रारंभिक रूप से यह माना जा सकता है कि गैर-आयनिक सेलूलोज़ ईथर बनाने वाले एसएलडब्ल्यू का मुख्य घटक लंदन बल होना चाहिए।

3. निष्कर्ष

अध्ययनों से पता चला है कि प्रतिस्थापन के प्रकार, प्रतिस्थापन की डिग्री और आणविक भार का गैर-आयनिक सेलूलोज़ ईथर की सतह ऊर्जा और संरचना पर बहुत प्रभाव पड़ता है। और इस प्रभाव में निम्नलिखित नियमितता प्रतीत होती है:

(1) गैर-आयनिक सेलूलोज़ ईथर का S+, S- से छोटा है।

(2) नॉनआयनिक सेलूलोज़ ईथर की सतह ऊर्जा पर लाइफशिट्ज़-वैन डेर वाल्स बल का प्रभुत्व है।

(3) आणविक भार और प्रतिस्थापन का गैर-आयनिक सेलूलोज़ ईथर की सतह ऊर्जा पर प्रभाव पड़ता है, लेकिन यह मुख्य रूप से प्रतिस्थापन के प्रकार पर निर्भर करता है।

(4) समान प्रतिस्थापन और प्रतिस्थापन की डिग्री के आधार पर, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल सेलूलोज़ की सतह मुक्त ऊर्जा आणविक भार के समानुपाती होती है; जबकि हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज की सतह मुक्त ऊर्जा प्रतिस्थापन की डिग्री के समानुपाती और आणविक भार के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

(5) सेलूलोज़ की ईथरीकरण प्रक्रिया एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें लाइफशिट्ज़-वैन डेर वाल्स बल बढ़ता है, और यह एक ऐसी प्रक्रिया भी है जिसमें लुईस अम्लता कम हो जाती है और लुईस क्षारीयता बढ़ जाती है।