धनायनित सेलूलोज़ ईथर समाधान के गुण

विभिन्न pH मानों पर उच्च-आवेश-घनत्व धनायनित सेल्युलोज ईथर (KG-30M) के तनु विलयन गुणों का अध्ययन एक लेजर प्रकीर्णन उपकरण के साथ, विभिन्न कोणों पर हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या (Rh) और घूर्णन के मूल माध्य वर्ग त्रिज्या से किया गया। आरजी आरएच के अनुपात से यह अनुमान लगाया जाता है कि इसका आकार अनियमित है लेकिन गोलाकार के करीब है। फिर, रियोमीटर की मदद से, अलग-अलग चार्ज घनत्व वाले cationic सेलूलोज़ ईथर के तीन केंद्रित समाधानों का विस्तार से अध्ययन किया गया, और इसके रियोलॉजिकल गुणों पर एकाग्रता, पीएच मान और इसके स्वयं के चार्ज घनत्व के प्रभाव पर चर्चा की गई। जैसे-जैसे एकाग्रता बढ़ी, न्यूटन का प्रतिपादक पहले घटा और फिर घट गया। उतार-चढ़ाव या यहां तक ​​कि पलटाव भी होता है, और थिक्सोट्रोपिक व्यवहार 3% (द्रव्यमान अंश) पर होता है। उच्च शून्य-कतरनी चिपचिपाहट प्राप्त करने के लिए एक मध्यम चार्ज घनत्व फायदेमंद है, और पीएच का इसकी चिपचिपाहट पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है।

मुख्य शब्द:धनायनित सेल्युलोज ईथर; आकृति विज्ञान; शून्य कतरनी चिपचिपाहट; रियोलॉजी

सेलूलोज़ डेरिवेटिव और उनके संशोधित कार्यात्मक पॉलिमर का व्यापक रूप से शारीरिक और स्वच्छता उत्पादों, पेट्रोकेमिकल, दवा, भोजन, व्यक्तिगत देखभाल उत्पादों, पैकेजिंग आदि के क्षेत्र में उपयोग किया गया है। पानी में घुलनशील धनायनित सेलूलोज़ ईथर (सीसीई) इसके मजबूत गाढ़ेपन के कारण होता है। क्षमता, यह व्यापक रूप से दैनिक रसायनों, विशेष रूप से शैंपू में उपयोग किया जाता है, और शैंपू करने के बाद बालों की कंघी करने की क्षमता में सुधार कर सकता है। वहीं, इसकी अच्छी अनुकूलता के कारण इसे टू-इन-वन और ऑल-इन-वन शैंपू में इस्तेमाल किया जा सकता है। इसमें आवेदन की भी अच्छी संभावना है और इसने विभिन्न देशों का ध्यान आकर्षित किया है। साहित्य में यह बताया गया है कि सेलूलोज़ व्युत्पन्न समाधान एकाग्रता में वृद्धि के साथ न्यूटोनियन तरल पदार्थ, स्यूडोप्लास्टिक तरल पदार्थ, थिक्सोट्रोपिक तरल पदार्थ और विस्कोलेस्टिक तरल पदार्थ जैसे व्यवहार प्रदर्शित करते हैं, लेकिन जलीय घोल में cationic सेलूलोज़ ईथर की आकृति विज्ञान, रियोलॉजी और प्रभावित करने वाले कारक कम हैं शोध रिपोर्ट. यह पेपर व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए एक संदर्भ प्रदान करने के लिए चतुर्धातुक अमोनियम संशोधित सेलूलोज़ जलीय घोल के रियोलॉजिकल व्यवहार पर केंद्रित है।

1. प्रायोगिक भाग

1.1 कच्चा माल

धनायनित सेलूलोज़ ईथर (KG-30M, JR-30M, LR-30M); कनाडा डॉव केमिकल कंपनी उत्पाद, जापान में प्रॉक्टर एंड गैंबल कंपनी कोबे आर एंड डी सेंटर द्वारा प्रदान किया गया, वेरियो ईएल एलिमेंटल विश्लेषक (जर्मन एलिमेंटल कंपनी) द्वारा मापा गया, नमूना नाइट्रोजन सामग्री क्रमशः 2.7%, 1.8%, 1.0% है (चार्ज घनत्व है) 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, 0.7 Meq/g क्रमशः), और इसका परीक्षण जर्मन ALV-5000E लेजर लाइट स्कैटरिंग उपकरण (LLS) द्वारा किया गया है, इसका वजन मापा गया है औसत आणविक भार लगभग 1.64 है×106 ग्राम/मोल.

1.2 समाधान तैयारी

नमूने को निस्पंदन, डायलिसिस और फ्रीज-सुखाने द्वारा शुद्ध किया गया था। क्रमशः तीन मात्रात्मक नमूनों की एक श्रृंखला का वजन करें, और आवश्यक एकाग्रता तैयार करने के लिए पीएच 4.00, 6.86, 9.18 के साथ मानक बफर समाधान जोड़ें। यह सुनिश्चित करने के लिए कि नमूने पूरी तरह से घुल गए हैं, सभी नमूना समाधानों को परीक्षण से पहले 48 घंटे के लिए चुंबकीय स्टिरर पर रखा गया था।

1.3 प्रकाश प्रकीर्णन माप

तनु जलीय घोल में नमूने के वजन-औसत आणविक भार को मापने के लिए एलएलएस का उपयोग करें, हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या और रोटेशन के मूल माध्य वर्ग त्रिज्या जब दूसरा विली गुणांक और विभिन्न कोण,), और अनुमान लगाएं कि यह धनायनित सेलूलोज़ ईथर में है जलीय घोल को उसके अनुपात की स्थिति से।

1.4 चिपचिपापन माप और रियोलॉजिकल जांच

संकेंद्रित सीसीई समाधान का अध्ययन ब्रुकफील्ड आरवीडीवी-III+ रियोमीटर द्वारा किया गया था, और नमूना चिपचिपाहट जैसे रियोलॉजिकल गुणों पर एकाग्रता, चार्ज घनत्व और पीएच मान के प्रभाव की जांच की गई थी। उच्च सांद्रता पर, इसकी थिक्सोट्रॉपी की जांच करना आवश्यक है।

2. परिणाम और चर्चा

2.1 प्रकाश प्रकीर्णन पर अनुसंधान

इसकी विशेष आणविक संरचना के कारण, एक अच्छे विलायक में भी एक अणु के रूप में, लेकिन कुछ स्थिर मिसेल, समूहों या संघों के रूप में अस्तित्व में रहना मुश्किल है।

जब CCE के तनु जलीय घोल (~o.1%) को ध्रुवीकरण माइक्रोस्कोप से देखा गया, तो ब्लैक क्रॉस ऑर्थोगोनल फ़ील्ड की पृष्ठभूमि के नीचे, "तारा" चमकीले धब्बे और चमकदार पट्टियाँ दिखाई दीं। इसे आगे प्रकाश प्रकीर्णन, विभिन्न पीएच और कोणों पर गतिशील हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या, घूर्णन का मूल माध्य वर्ग त्रिज्या और बेरी आरेख से प्राप्त दूसरा विली गुणांक टैब में सूचीबद्ध किया गया है। 1. 10-5 की सांद्रता पर प्राप्त हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या फ़ंक्शन का वितरण ग्राफ़ मुख्य रूप से एक एकल शिखर है, लेकिन वितरण बहुत व्यापक है (छवि 1), यह दर्शाता है कि सिस्टम में आणविक-स्तर के संघ और बड़े समुच्चय हैं ; परिवर्तन हैं, और आरजी/आरबी मान लगभग 0.775 हैं, जो दर्शाता है कि समाधान में सीसीई का आकार गोलाकार के करीब है, लेकिन पर्याप्त नियमित नहीं है। आरबी और आरजी पर पीएच का प्रभाव स्पष्ट नहीं है। बफ़र समाधान में काउंटरियन अपनी साइड चेन पर चार्ज को ढालने और इसे सिकुड़ने के लिए सीसीई के साथ इंटरैक्ट करता है, लेकिन अंतर काउंटरियन के प्रकार के साथ भिन्न होता है। आवेशित पॉलिमर का प्रकाश प्रकीर्णन माप लंबी दूरी के बल संपर्क और बाहरी हस्तक्षेप के प्रति संवेदनशील है, इसलिए एलएलएस लक्षण वर्णन में कुछ त्रुटियां और सीमाएं हैं। जब द्रव्यमान अंश 0.02% से अधिक होता है, तो आरएच वितरण आरेख में अधिकतर अविभाज्य दोहरी चोटियाँ या यहाँ तक कि एकाधिक चोटियाँ होती हैं। जैसे-जैसे सांद्रता बढ़ती है, Rh भी बढ़ता है, जो दर्शाता है कि अधिक मैक्रोमोलेक्यूल्स जुड़े हुए हैं या एकत्र भी हुए हैं। जब काओ एट अल. कार्बोक्सिमिथाइल सेलुलोज और सतह-सक्रिय मैक्रोमर्स के कॉपोलिमर का अध्ययन करने के लिए प्रकाश प्रकीर्णन का उपयोग किया गया, इसमें अविभाज्य दोहरी चोटियां भी थीं, जिनमें से एक 30 एनएम और 100 एनएम के बीच थी, जो आणविक स्तर पर मिसेल के गठन का प्रतिनिधित्व करती थी, और दूसरी चोटी आरएच अपेक्षाकृत है बड़ा, जिसे एक समुच्चय माना जाता है, जो इस पेपर में निर्धारित परिणामों के समान है।

2.2 रियोलॉजिकल व्यवहार पर शोध

2.2.1 एकाग्रता का प्रभाव:अलग-अलग कतरनी दरों पर अलग-अलग सांद्रता के साथ KG-30M समाधान की स्पष्ट चिपचिपाहट को मापें, और ओस्टवाल्ड-डेवेले द्वारा प्रस्तावित शक्ति कानून समीकरण के लघुगणकीय रूप के अनुसार, जब द्रव्यमान अंश 0.7% से अधिक न हो, और सीधी रेखाओं की एक श्रृंखला हो 0.99 से अधिक रैखिक सहसंबंध गुणांक प्राप्त किए गए। और जैसे-जैसे सांद्रता बढ़ती है, न्यूटन के घातांक n का मान घटता जाता है (सभी 1 से कम), जो एक स्पष्ट स्यूडोप्लास्टिक तरल पदार्थ दर्शाता है। कतरनी बल द्वारा संचालित, मैक्रोमोलेक्यूलर श्रृंखलाएं सुलझना और दिशा बदलना शुरू कर देती हैं, इसलिए चिपचिपाहट कम हो जाती है। जब द्रव्यमान अंश 0.7% से अधिक होता है, तो प्राप्त सीधी रेखा का रैखिक सहसंबंध गुणांक कम हो जाता है (लगभग 0.98), और एकाग्रता में वृद्धि के साथ n में उतार-चढ़ाव या यहां तक ​​कि वृद्धि शुरू हो जाती है; जब द्रव्यमान अंश 3% (छवि 2) तक पहुंच जाता है, तो तालिका स्पष्ट चिपचिपाहट पहले बढ़ती है और फिर कतरनी दर में वृद्धि के साथ घट जाती है। घटनाओं की यह श्रृंखला अन्य आयनिक और धनायनित बहुलक समाधानों की रिपोर्ट से भिन्न है। n मान बढ़ जाता है, अर्थात, गैर-न्यूटोनियन संपत्ति कमजोर हो जाती है; न्यूटोनियन द्रव एक चिपचिपा तरल है, और अंतर-आणविक फिसलन कतरनी तनाव की कार्रवाई के तहत होती है, और इसे पुनर्प्राप्त नहीं किया जा सकता है; गैर-न्यूटोनियन द्रव में एक पुनर्प्राप्ति योग्य लोचदार भाग और एक अप्राप्य चिपचिपा भाग होता है। कतरनी तनाव की कार्रवाई के तहत, अणुओं के बीच अपरिवर्तनीय फिसलन होती है, और साथ ही, क्योंकि मैक्रोमोलेक्यूल्स खिंचते हैं और कतरनी के साथ उन्मुख होते हैं, एक पुनर्प्राप्ति योग्य लोचदार भाग बनता है। जब बाहरी बल हटा दिया जाता है, तो मैक्रोमोलेक्यूल्स मूल घुमावदार रूप में वापस आ जाते हैं, इसलिए n का मान बढ़ जाता है। नेटवर्क संरचना बनाने के लिए एकाग्रता बढ़ती रहती है। जब कतरनी तनाव छोटा होता है, तो यह नष्ट नहीं होगा, और केवल लोचदार विरूपण होगा। इस समय, लोच अपेक्षाकृत बढ़ जाएगी, चिपचिपाहट कमजोर हो जाएगी, और n का मान कम हो जाएगा; जबकि माप प्रक्रिया के दौरान कतरनी तनाव धीरे-धीरे बढ़ रहा है, इसलिए n मान में उतार-चढ़ाव होता है। जब द्रव्यमान अंश 3% तक पहुँच जाता है, तो स्पष्ट चिपचिपाहट पहले बढ़ती है और फिर घट जाती है, क्योंकि छोटा कतरनी बड़े समुच्चय बनाने के लिए मैक्रोमोलेक्यूल्स की टक्कर को बढ़ावा देता है, इसलिए चिपचिपाहट बढ़ जाती है, और कतरनी तनाव समुच्चय को तोड़ना जारी रखता है। , चिपचिपाहट फिर से कम हो जाएगी।

थिक्सोट्रॉपी की जांच में, वांछित y तक पहुंचने के लिए गति (आर/मिनट) निर्धारित करें, गति को नियमित अंतराल पर बढ़ाएं जब तक कि यह निर्धारित मूल्य तक न पहुंच जाए, और फिर संबंधित प्राप्त करने के लिए अधिकतम गति से प्रारंभिक मूल्य पर वापस आ जाएं। कतरनी तनाव, कतरनी दर के साथ इसका संबंध चित्र 3 में दिखाया गया है। जब द्रव्यमान अंश 2.5% से कम होता है, तो ऊपर की ओर वक्र और नीचे की ओर वक्र पूरी तरह से ओवरलैप हो जाते हैं, लेकिन जब द्रव्यमान अंश 3% होता है, तो दो रेखाएं नहीं होती हैं लंबे समय तक ओवरलैप, और नीचे की ओर की रेखा पीछे रह जाती है, जो थिक्सोट्रॉपी का संकेत देती है।

कतरनी तनाव की समय निर्भरता को रियोलॉजिकल प्रतिरोध के रूप में जाना जाता है। रियोलॉजिकल प्रतिरोध विस्कोइलास्टिक तरल पदार्थों और थिक्सोट्रोपिक संरचनाओं वाले तरल पदार्थों का एक विशिष्ट व्यवहार है। यह पाया गया है कि बड़ा y समान द्रव्यमान अंश पर है, तेजी से r संतुलन तक पहुंचता है, और समय निर्भरता छोटी होती है; कम द्रव्यमान अंश (<2%) पर, सीसीई रियोलॉजिकल प्रतिरोध नहीं दिखाता है। जब द्रव्यमान अंश 2.5% तक बढ़ जाता है, तो यह एक मजबूत समय निर्भरता दिखाता है (चित्र 4), और संतुलन तक पहुंचने में लगभग 10 मिनट लगते हैं, जबकि 3.0% पर, संतुलन समय में 50 मिनट लगते हैं। प्रणाली की अच्छी थिक्सोट्रॉपी व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए अनुकूल है।

2.2.2 आवेश घनत्व का प्रभाव:स्पेंसर-डिलन अनुभवजन्य सूत्र के लघुगणकीय रूप का चयन किया जाता है, जिसमें शून्य-कट चिपचिपापन, बी एक ही एकाग्रता और विभिन्न तापमान पर स्थिर होता है, और एक ही तापमान पर एकाग्रता में वृद्धि के साथ बढ़ता है। 1966 में ओनोगी द्वारा अपनाए गए शक्ति कानून समीकरण के अनुसार, एम बहुलक का सापेक्ष आणविक द्रव्यमान है, ए और बी स्थिरांक हैं, और सी द्रव्यमान अंश (%) है। अंजीर．5 तीनों वक्रों में 0.6% के आसपास स्पष्ट विभक्ति बिंदु हैं, अर्थात, एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान अंश है। 0.6% से अधिक, एकाग्रता सी की वृद्धि के साथ शून्य-कतरनी चिपचिपाहट तेजी से बढ़ती है। विभिन्न चार्ज घनत्व वाले तीन नमूनों के वक्र बहुत करीब हैं। इसके विपरीत, जब द्रव्यमान अंश 0.2% और 0.8% के बीच होता है, तो सबसे छोटे चार्ज घनत्व के साथ एलआर नमूने की शून्य-कट चिपचिपाहट सबसे बड़ी होती है, क्योंकि हाइड्रोजन बॉन्ड एसोसिएशन को एक निश्चित संपर्क की आवश्यकता होती है। इसलिए, चार्ज घनत्व बारीकी से संबंधित है कि क्या मैक्रोमोलेक्यूल्स को व्यवस्थित और कॉम्पैक्ट तरीके से व्यवस्थित किया जा सकता है; डीएससी परीक्षण के माध्यम से, यह पाया गया कि एलआर में कमजोर क्रिस्टलीकरण शिखर है, जो एक उपयुक्त चार्ज घनत्व का संकेत देता है, और शून्य-कतरनी चिपचिपाहट उसी एकाग्रता पर अधिक है। जब द्रव्यमान अंश 0.2% से कम होता है, तो एलआर सबसे छोटा होता है, क्योंकि तनु समाधान में, कम चार्ज घनत्व वाले मैक्रोमोलेक्यूल्स में कुंडल अभिविन्यास बनाने की अधिक संभावना होती है, इसलिए शून्य-कतरनी चिपचिपाहट कम होती है। गाढ़ा करने के प्रदर्शन के संदर्भ में इसका अच्छा मार्गदर्शक महत्व है।

2.2.3 पीएच प्रभाव: चित्र 6 0.05% से 2.5% द्रव्यमान अंश की सीमा के भीतर विभिन्न पीएच पर मापा गया परिणाम है। 0.45% के आसपास एक विभक्ति बिंदु है, लेकिन तीन वक्र लगभग ओवरलैप होते हैं, जो दर्शाता है कि पीएच का शून्य-कतरनी चिपचिपाहट पर कोई स्पष्ट प्रभाव नहीं है, जो पीएच के प्रति आयनिक सेलूलोज़ ईथर की संवेदनशीलता से काफी अलग है।

3. निष्कर्ष

KG-30M तनु जलीय घोल का अध्ययन एलएलएस द्वारा किया जाता है, और प्राप्त हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या वितरण एक एकल शिखर है। कोण निर्भरता और Rg/Rb अनुपात से यह अनुमान लगाया जा सकता है कि इसका आकार गोलाकार के करीब है, लेकिन पर्याप्त नियमित नहीं है। तीन चार्ज घनत्व वाले सीसीई समाधानों के लिए, सांद्रता बढ़ने के साथ चिपचिपाहट बढ़ती है, लेकिन न्यूटन की शिकार संख्या n पहले घटती है, फिर उतार-चढ़ाव होती है और यहां तक ​​कि बढ़ भी जाती है; पीएच का चिपचिपाहट पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है, और एक मध्यम चार्ज घनत्व उच्च चिपचिपाहट प्राप्त कर सकता है।