Učinci supstituenata i molekularne težine na površinska svojstva neionskog celuloznog etera

Prema Washburnovoj teoriji impregnacije (Penetration Theory) i van Oss-Good-Chaudhury-jevoj teoriji kombinacije (Combining Theory) i primjeni stupne tehnologije fitilja (Column Wicking Technique), nekoliko neionskih celuloznih etera, kao što je metil celuloza, površinska svojstva ispitana je celuloza, hidroksipropil celuloza i hidroksipropil metilceluloza. Zbog različitih supstituenata, stupnjeva supstitucije i molekulskih težina ovih celuloznih etera, njihove površinske energije i njihove komponente značajno se razlikuju. Podaci pokazuju da je Lewisova baza neionskog celuloznog etera veća od Lewisove kiseline, a glavna komponenta površinske slobodne energije je Lifshitz-van der Waalsova sila. Površinska energija hidroksipropila i njegov sastav veći su nego kod hidroksimetila. Pod pretpostavkom istog supstituenta i stupnja supstitucije, površinska slobodna energija hidroksipropil celuloze proporcionalna je molekulskoj težini; dok je površinska slobodna energija hidroksipropil metilceluloze proporcionalna stupnju supstitucije i obrnuto proporcionalna molekulskoj masi. Pokusom je također utvrđeno da se čini da je površinska energija supstituenata hidroksipropil i hidroksipropilmetil u neionskom celuloznom eteru veća od površinske energije celuloze, a pokus dokazuje da površinska energija testirane celuloze i njezin sastav Podaci su u skladu s literaturom.

Ključne riječi: neionski eteri celuloze; supstituenti i stupnjevi supstitucije; molekularna težina; svojstva površine; tehnologija fitilja

Celulozni eter velika je kategorija derivata celuloze, koji se mogu podijeliti na anionske, kationske i neionske etere prema kemijskoj strukturi njihovih eterskih supstituenata. Celulozni eter također je jedan od najranijih proizvoda koji su istraženi i proizvedeni u kemiji polimera. Do sada je celulozni eter naširoko korišten u medicini, higijeni, kozmetici i prehrambenoj industriji.

Iako su celulozni eteri, kao što su hidroksimetilceluloza, hidroksipropilceluloza i hidroksipropilmetilceluloza, proizvedeni industrijski i mnoga od njihovih svojstava su proučavana, njihova površinska energija, kiselo-lužinska reaktivna svojstva do sada nisu objavljena. Budući da se većina ovih proizvoda koristi u tekućem okruženju, a karakteristike površine, posebno karakteristike kiselo-bazne reakcije, vjerojatno će utjecati na njihovu upotrebu, vrlo je potrebno proučiti i razumjeti kemijske karakteristike površine ovog komercijalnog celuloznog etera.

S obzirom na to da se uzorci celuloznih derivata vrlo lako mijenjaju promjenom uvjeta pripreme, u ovom radu se kao uzorci koriste komercijalni proizvodi za karakterizaciju njihove površinske energije, te se na temelju toga utvrđuje utjecaj supstituenata i molekulskih masa takvih proizvoda na površinu. proučavaju se svojstva.

1. Eksperimentalni dio

1.1 Sirovine

Neionski celulozni eter korišten u pokusu proizvod jeKIMA CHEMICAL CO., LTD,. Uzorci nisu bili podvrgnuti nikakvom tretmanu prije ispitivanja.

S obzirom da se derivati ​​celuloze grade od celuloze, te dvije strukture su bliske, a površinska svojstva celuloze su opisana u literaturi, pa je u ovom radu celuloza korištena kao standardni uzorak. Korišteni uzorak celuloze bio je kodnog naziva C8002 i kupljen je odKIMA, CN. Uzorak nije bio podvrgnut nikakvom tretmanu tijekom ispitivanja.

Reagensi korišteni u eksperimentu su: etan, dijodometan, deionizirana voda, formamid, toluen, kloroform. Sve tekućine bile su analitički čisti proizvodi osim vode koja je bila komercijalno dostupna.

1.2 Eksperimentalna metoda

U ovom pokusu usvojena je tehnika upijanja kolone, a dio (oko 10 cm) standardne pipete s unutarnjim promjerom od 3 mm izrezan je kao cijev kolone. Svaki put stavite 200 mg praškastog uzorka u epruvetu s kolonom, zatim ga protresite da se ujednači i okomito stavite na dno staklene posude s unutarnjim promjerom od oko 3 cm, tako da se tekućina može spontano adsorbirati. Izvagati 1 mL tekućine koju treba ispitati i staviti u staklenu posudu te istovremeno zabilježiti vrijeme uranjanja t i udaljenost uranjanja X. Svi eksperimenti su izvedeni na sobnoj temperaturi (25±1°C). Svaki podatak je prosjek tri ponovljena eksperimenta.

1.3 Izračun eksperimentalnih podataka

Teorijska osnova za primjenu tehnike upijanja kolone za ispitivanje površinske energije praškastih materijala je Washburnova jednadžba impregnacije (Washburnova jednadžba penetracije).

1.3.1 Određivanje kapilarnog efektivnog polumjera Reff mjerenog uzorka

Kod primjene Washburnove formule za uranjanje uvjet za postizanje potpunog vlaženja je cos=1. To znači da kada se tekućina odabere za uranjanje u krutinu kako bi se postiglo potpuno mokro stanje, možemo izračunati kapilarni efektivni radijus Reff izmjerenog uzorka testiranjem udaljenosti i vremena uranjanja prema posebnom slučaju Washburnove formule za uranjanje.

1.3.2 Izračun Lifshitz-van der Waalsove sile za izmjereni uzorak

Prema van Oss-Chaudhury-Goodovim pravilima kombiniranja, odnos između reakcija između tekućina i krutina.

1.3.3 Izračun Lewisove kiselo-bazne sile izmjerenih uzoraka

Općenito, kiselinsko-bazna svojstva krutina procjenjuju se iz podataka impregniranih vodom i formamidom. Ali u ovom smo članku otkrili da nema problema kada se koristi ovaj par polarnih tekućina za mjerenje celuloze, ali u testu celuloznog etera, jer je visina uranjanja sustava polarne otopine vode/formamida u celuloznom eteru preniska , što jako otežava bilježenje vremena. Stoga je odabran sustav otopine toluen/kloroform koji je uveo Chibowsk. Prema Chibowskom, sustav polarne otopine toluen/kloroform također je opcija. To je zato što ove dvije tekućine imaju vrlo posebnu kiselost i lužnatost, na primjer, toluen nema Lewisovu kiselost, a kloroform nema Lewisovu lužnatost. Kako bismo podatke dobivene sustavom otopine toluen/kloroform približili preporučenom polarnom sustavu otopine voda/formamid, koristimo ova dva polarna tekuća sustava za ispitivanje celuloze u isto vrijeme, a zatim dobivamo odgovarajuće koeficijente ekspanzije ili kontrakcije prije nanošenja. Podaci dobiveni impregnacijom celuloznog etera s toluen/kloroformom bliski su zaključcima dobivenim za sustav voda/formamid. Budući da se celulozni eteri dobivaju iz celuloze i da postoji vrlo slična struktura između njih, ova metoda procjene može biti valjana.

1.3.4 Izračun ukupne površinske slobodne energije

2. Rezultati i rasprava

2.1 Celulozni standard

Budući da su naši rezultati ispitivanja na standardnim uzorcima celuloze otkrili da se ovi podaci dobro slažu s onima navedenima u literaturi, razumno je vjerovati da treba uzeti u obzir i rezultate ispitivanja celuloznih etera.

2.2 Rezultati ispitivanja i rasprava o celuloznom eteru

Tijekom ispitivanja celuloznog etera vrlo je teško zabilježiti udaljenost i vrijeme uranjanja zbog vrlo male visine uranjanja vode i formamida. Stoga je u ovom radu odabran sustav otopina toluen/kloroform kao alternativno rješenje, te je procijenjena Lewisova kiselost celuloznog etera na temelju rezultata ispitivanja voda/formamid i toluen/kloroform na celulozi i proporcionalnog odnosa između dva sustava otopina. i alkalna snaga.

Uzimajući celulozu kao standardni uzorak, dan je niz acidobaznih karakteristika celuloznih etera. Budući da se rezultat impregnacije celuloznog etera s toluenom/kloroformom izravno testira, on je uvjerljiv.

To znači da vrsta i molekulska masa supstituenata utječu na acidobazna svojstva celuloznog etera, a odnos dvaju supstituenata, hidroksipropil i hidroksipropilmetil, na kiselobazna svojstva celuloznog etera i molekularnu masu potpuno suprotno. Ali to također može biti povezano s činjenicom da su MP mješoviti supstituenti.

Budući da su supstituenti MO43 i K8913 različiti i imaju istu molekulsku težinu, na primjer, supstituent prvog je hidroksimetil, a supstituent drugog je hidroksipropil, ali molekularna težina oba je 100 000, pa to također znači da premisa iste molekularne težine. Pod tim okolnostima, S+ i S- hidroksimetilne skupine mogu biti manji od hidroksipropilne skupine. Ali stupanj supstitucije je također moguć, jer je stupanj supstitucije K8913 oko 3,00, dok je stupanj supstitucije MO43 samo 1,90.

Budući da su stupanj supstitucije i supstituenti K8913 i K9113 isti, ali je samo molekularna težina različita, usporedba između njih pokazuje da S+ hidroksipropil celuloze opada s povećanjem molekularne težine, ali S- raste naprotiv. .

Iz sažetka rezultata ispitivanja površinske energije svih celuloznih etera i njihovih komponenti, može se vidjeti da je glavna komponenta njihove površinske energije Lifshitz-van der Waalsova sila, bez obzira radi li se o celulozi ili celuloznom eteru oko 98%~99%. Štoviše, Lifshitz-van der Waalsove sile ovih neionskih celuloznih etera (osim MO43) također su uglavnom veće od onih celuloze, što ukazuje da je proces eterifikacije celuloze također proces povećanja Lifshitz-van der Waalsovih sila. A ova povećanja dovode do toga da je površinska energija celuloznog etera veća od energije celuloze. Ovaj fenomen je vrlo zanimljiv jer se ovi celulozni eteri obično koriste u proizvodnji tenzida. No podaci su vrijedni pažnje, ne samo zato što su podaci o referentnom standardnom uzorku testiranom u ovom eksperimentu izuzetno konzistentni s vrijednošću navedenom u literaturi, podaci o referentnom standardnom uzorku izuzetno su konzistentni s vrijednošću navedenom u literaturi, jer primjer: sve te celuloze. SAB etera znatno je manji od onog celuloze, a to je zbog njihovih vrlo velikih Lewisovih baza. Pod pretpostavkom istog supstituenta i stupnja supstitucije, površinska slobodna energija hidroksipropil celuloze proporcionalna je molekulskoj težini; dok je površinska slobodna energija hidroksipropil metilceluloze proporcionalna stupnju supstitucije i obrnuto proporcionalna molekulskoj masi.

Osim toga, budući da celulozni eteri imaju veći SLW od celuloze, ali već znamo da je njihova disperzibilnost bolja od celuloze, tako da se može preliminarno smatrati da bi glavna komponenta SLW koja čini neionske celulozne etere trebala biti Londonova sila.

3. Zaključak

Istraživanja su pokazala da vrsta supstituenta, stupanj supstitucije i molekularna težina imaju velik utjecaj na površinsku energiju i sastav neionskog celuloznog etera. Čini se da ovaj učinak ima sljedeću pravilnost:

(1) S+ neionskog celuloznog etera je manji od S-.

(2) Površinskom energijom neionskog celuloznog etera dominira Lifshitz-van der Waalsova sila.

(3) Molekularna težina i supstituenti utječu na površinsku energiju neionskih celuloznih etera, ali to uglavnom ovisi o vrsti supstituenata.

(4) Pod pretpostavkom istog supstituenta i stupnja supstitucije, površinska slobodna energija hidroksipropil celuloze proporcionalna je molekulskoj težini; dok je površinska slobodna energija hidroksipropil metilceluloze proporcionalna stupnju supstitucije i obrnuto proporcionalna molekulskoj masi.

(5) Proces eterifikacije celuloze je proces u kojem raste Lifshitz-van der Waalsova sila, a također je i proces u kojem se Lewisova kiselost smanjuje, a Lewisova lužnatost povećava.