Kationos cellulóz -éter oldat tulajdonságai

A nagy töltésű kationos cellulóz-éter (kg-30M) híg oldat-tulajdonságait különböző pH-értékeknél lézeres szóró műszerrel vizsgáltuk, a hidrodinamikai sugárból (RH), és a gyökér átlagos négyzet alakú forgási sugara a forgási forgási sugarat. RG Az RH aránya azt állítja, hogy alakja szabálytalan, de közel van a gömbhöz. Ezután a reométer segítségével három koncentrált oldatot vizsgáltak a különböző töltési sűrűségű kationos cellulóz -éterekről, és megvizsgálták a koncentráció, a pH -érték és a saját töltési sűrűségének reológiai tulajdonságaira gyakorolt ​​hatását. A koncentráció növekedésével Newton exponense először csökkent, majd csökkent. Ingadozás vagy akár visszapattanás is előfordul, és a tixotropikus viselkedés 3% -on (tömegfrakció) történik. A mérsékelt töltési sűrűség előnyös a magasabb nulla nyírási viszkozitás eléréséhez, és a pH-nak kevés hatása van a viszkozitására.

Kulcsszavak:kationos cellulóz -éter; morfológia; nulla nyíró viszkozitás; reológia

A cellulóz-származékokat és azok módosított funkcionális polimereit széles körben használják a fiziológiai és egészségügyi termékek, petrolkémiai anyagok, gyógyszerek, élelmiszerek, személyi gondozás, csomagolás stb. Képesség, széles körben használják a napi vegyi anyagokban, különösen a samponokban, és javíthatják a haj kombinációját samponálás után. Ugyanakkor, jó kompatibilitása miatt, két-egy-egy és all-in-one samponon használható. Jó alkalmazási kilátással is rendelkezik, és felhívta a különféle országok figyelmét. Az irodalomban beszámoltak arról, hogy a cellulóz -származékos megoldások olyan viselkedést mutatnak, mint a newtoni folyadék, pszeudoplasztikus folyadék, tixotróp folyadék és viszkoelasztikus folyadék, a koncentráció növekedésével, de a kationos cellulóz -éter morfológiája, reológia és befolyásoló tényezői egyértelmű oldatban kevés, kevés, kevés van Kutatási jelentések. Ez a cikk a kvaterner ammónium -módosított cellulóz vizes oldat reológiai viselkedésére összpontosít, hogy referenciát biztosítson a gyakorlati alkalmazáshoz.

1. Kísérleti rész

1.1 nyersanyagok

Kationos cellulóz-éter (kg-30m, JR-30M, LR-30M); A Canada Dow Chemical Company termék, amelyet a Japánban a Procter & Gamble Company Kobe K + F Központ, a Vario El Elemental Analyzer (Német Elemental Company) mérésével, a nitrogéntartalom mintája 2,7%, 1,8%, 1,0%(a töltési sűrűség IS -je 1,9 meq/g, 1,25 meq/g, 0,7 meq/g), és a német ALV-5000E lézerfényszóró műszer (LLS) tesztelése mérte annak súlyának átlagos molekulatömege körülbelül 1,64.×106G/mol.

1.2 Megoldás előkészítése

A mintát szűréssel, dialízissel és fagyasztva szárítással tisztítottuk. Mérje meg a három kvantitatív minta sorozatát, és adjon hozzá standard pufferoldatot pH 4,00, 6,86, 9.18 -mal a szükséges koncentráció előkészítéséhez. Annak biztosítása érdekében, hogy a minták teljesen feloldódjanak, az összes mintavételi oldatot a tesztelés előtt 48 órán keresztül mágneses keverőre helyezték.

1.3 Fényszórás mérése

Az LLS segítségével mérje meg a minta tömeg-átlagos molekulatömegét híg vizes oldatban ,, a hidrodinamikai sugár és a gyökér átlagos forgási sugara, amikor a második villi együttható és különböző szögek), és következtetni, hogy ez a kationos cellulóz-éter be van állítva A vizes megoldás aránya állapota szerint.

1.4 Viszkozitási mérés és reológiai vizsgálat

A koncentrált CCE-oldatot Brookfield RVDV-III+ reométerrel vizsgáltuk, és megvizsgáltuk a koncentráció, a töltés sűrűségének és a pH-értéknek a reológiai tulajdonságokra gyakorolt ​​hatását, például a minta viszkozitását. Magasabb koncentrációban meg kell vizsgálni annak tixotropiáját.

2. Eredmények és megbeszélés

2.1 A fényszórás kutatása

Különleges molekuláris szerkezete miatt nehéz létezni egyetlen molekula formájában még jó oldószerben is, de bizonyos stabil micellák, klaszterek vagy asszociációk formájában.

Amikor a CCE híg vizes oldatát (~ o.1%) megfigyelték egy polarizáló mikroszkóppal, a fekete kereszt ortogonális mező hátterében, a „csillag” fényes foltok és fényes rudak jelentek meg. Ezt tovább jellemzi a fényszórás, a dinamikus hidrodinamikai sugár különböző pH -n és szögben, a gyökér átlagos forgási sugara és a bogyós diagramból nyert második Villi -együtthatót a Tab tartalmazza. 1. ; Vannak változások, és az RG/RB értékek mindegyike 0,775 körül van, ami azt jelzi, hogy a CCE alakja az oldatban közel van a gömbhöz, de nem elég szabályos. A pH hatása az RB -re és az RG -re nem egyértelmű. A pufferoldatban lévő ellenion kölcsönhatásba lép a CCE -vel, hogy megvédje a töltést az oldalsó láncon, és zsugorodjon, de a különbség az ellenion típusától függ. A töltött polimerek fényszórási mérése hajlamos a hosszú távú erő kölcsönhatásra és a külső interferenciára, tehát vannak bizonyos hibák és korlátozások az LLS jellemzésében. Ha a tömegfrakció meghaladja a 0,02%-ot, akkor az RH -eloszlási diagramban többnyire elválaszthatatlan kettős csúcsok vagy akár több csúcs található. A koncentráció növekedésével az RH is növekszik, jelezve, hogy több makromolekulát társítanak, vagy akár aggregálódnak. Amikor Cao et al. Fényszórást használt a karboxi-metil-cellulóz és a felszíni aktív makromerek kopolimerének tanulmányozására is elválaszthatatlan kettős csúcsok is voltak, amelyek közül az egyik 30 nm és 100 nm között volt, ami a micellák képződését molekuláris szinten, a másik pedig a Rh csúcs viszonylag nagy, amelyet aggregátumnak tekintnek, amely hasonló a cikkben meghatározott eredményekhez.

2.2 A reológiai viselkedés kutatása

2.2.1 A koncentráció hatása:Mérje meg a KG-30M oldatok látszólagos viszkozitását, különböző koncentrációval, eltérő nyírási sebességgel, és az Ostwald-Dewaele által javasolt energiavállalati egyenlet logaritmikus formája szerint, amikor a tömegfrakció nem haladja meg a 0,7% -ot, és egyenes vonalak sorozatát nem haladja meg. lineáris korrelációs együtthatókkal, mint 0,99 -nél nagyobb. És amint a koncentráció növekszik, a Newton E exponens N értéke csökken (mind kevesebb, mint 1), amely nyilvánvaló ál -pooplasztikus folyadékot mutat. A nyíróerő által vezérelt makromolekuláris láncok elkezdenek kibontakozni és orientálni, így a viszkozitás csökken. Ha a tömegfrakció nagyobb, mint 0,7%, akkor a kapott egyenes vonal lineáris korrelációs együtthatója csökken (kb. Amikor a tömegfrakció eléri a 3% -ot (2. ábra), a táblázat a látszólagos viszkozitás először növekszik, majd csökken a nyírási sebesség növekedésével. Ez a jelenségsorozat különbözik a többi anionos és kationos polimer oldatok jelentéseitől. Az n érték emelkedik, vagyis a nem newtoni tulajdonság gyengült; A newtoni folyadék viszkózus folyadék, és az intermolekuláris csúszás nyírófeszültség hatására fordul elő, és nem lehet visszanyerni; A nem Newtoni folyadék egy visszanyerhető elasztikus részt és helyrehozhatatlan viszkózus részt tartalmaz. A nyírófeszültség hatására a molekulák közötti visszafordíthatatlan csúszás megtörténik, és ugyanakkor, mivel a makromolekulák nyírással vannak kinyújtva és orientálódnak, egy visszanyert elasztikus rész alakul ki. Amikor a külső erőt eltávolítják, a makromolekulák általában visszatérnek az eredeti göndör formába, így az N értéke növekszik. A koncentráció tovább növekszik a hálózati struktúra kialakításához. Ha a nyírófeszültség kicsi, akkor azt nem pusztítják el, és csak az elasztikus deformáció fordul elő. Ebben az időben a rugalmasság viszonylag fokozódik, a viszkozitás gyengül, és az N értéke csökken; Míg a nyírófeszültség fokozatosan növekszik a mérési folyamat során, így az érték ingadozik. Amikor a tömegfrakció eléri a 3%-ot, a látszólagos viszkozitás először növekszik, majd csökken, mivel a kis nyíró elősegíti a makromolekulák ütközését, hogy nagy aggregátumokat képezzen, így a viszkozitás növekszik, és a nyírófeszültség továbbra is megszakítja az aggregátumokat. , a viszkozitás ismét csökken.

A tixotropia vizsgálatában állítsa be a sebességet (R/perc) a kívánt Y eléréséhez, növelje a sebességet rendszeres időközönként, amíg el nem éri a beállított értéket, majd gyorsan csökken a maximális sebességről a kezdeti értékre, hogy megkapja a megfelelőt a megfelelő értéket, hogy megkapja a megfelelő értéket. A nyírófeszültség, a nyírási sebességgel való kapcsolatát a 3. ábra mutatja. Ha a tömegfrakció kevesebb, mint 2,5%, a felfelé irányuló görbe és a lefelé irányuló görbe teljesen átfedésben van, de ha a tömegfrakció 3%, a két vonal no Hosszabb átfedés, és a lefelé irányuló vonal elmarad, jelezve a tixotropiát.

A nyírófeszültség időfüggőségét reológiai ellenállásnak nevezzük. A reológiai rezisztencia a viszkoelasztikus folyadékok és tixotropikus szerkezetű folyadékok jellegzetes viselkedése. Megállapítást nyert, hogy a nagyobb Y ugyanabban a tömegfrakcióban van, a gyorsabb R eléri az egyensúlyt, és az időfüggőség kisebb; Alacsonyabb tömegfrakcióval (<2%) a CCE nem mutat reológiai ellenállást. Ha a tömegfrakció 2,5%-ra növekszik, akkor erős időfüggést mutat (4. ábra), és körülbelül 10 percet vesz igénybe az egyensúly elérése, míg 3,0%-nál az egyensúlyi idő 50 percet vesz igénybe. A rendszer jó tixotropia elősegíti a gyakorlati alkalmazást.

2.2.2 A töltés sűrűségének hatása:A Spencer-Dillon empirikus képlet logaritmikus formáját választják ki, amelyben a nullarevágott viszkozitás, B állandó ugyanabban a koncentrációban és eltérő hőmérsékleten, és növekszik a koncentráció növekedésével azonos hőmérsékleten. Az ONOGI által 1966 -ban elfogadott hatalmi törvény egyenlet szerint M a polimer relatív molekulatömege, az A és B állandók, és C a tömegfrakció (%). Füge．5 A három görbe nyilvánvaló inflexiós pontja 0,6%körül van, azaz van egy kritikus tömegfrakció. Több mint 0,6%, a nulla nyírási viszkozitás gyorsan növekszik. Ezzel szemben, ha a tömegfrakció 0,2% és 0,8% között van, akkor a legkisebb töltési sűrűséggel rendelkező LR minta nullával vágott viszkozitása a legnagyobb, mivel a hidrogénkötés-társulás bizonyos érintkezést igényel. Ezért a töltési sűrűség szorosan kapcsolódik ahhoz, hogy a makromolekulák rendezett és kompakt módon elrendezhetők -e; A DSC tesztelés révén kiderült, hogy az LR gyenge kristályosodási csúcsával rendelkezik, jelezve a megfelelő töltési sűrűségt, és a nulla nyírási viszkozitás ugyanabban a koncentrációban magasabb. Ha a tömegfrakció kevesebb, mint 0,2%, az LR a legkisebb, mivel híg oldatban az alacsony töltési sűrűségű makromolekulák nagyobb valószínűséggel képezik tekercset, tehát a nulla nyírási viszkozitás alacsony. Ennek jó iránymutatása van a sűrítő teljesítmény szempontjából.

2.2.3 pH -hatás: A 6. ábra az eredmény, amely eltérő pH -n mért, 0,05–2,5% tömegfrakció tartományban. Az inflexiós pont 0,45%körül van, de a három görbe majdnem átfedésben van, jelezve, hogy a pH-nak nincs nyilvánvaló hatása a nulla nyírási viszkozitásra, ami meglehetősen különbözik az anionos cellulóz-éter érzékenységétől a pH-ra.

3. Következtetés

A KG-30M híg vizes oldatot LLS vizsgálja, és a kapott hidrodinamikai sugara eloszlás egyetlen csúcs. A szögfüggőség és az RG/RB arány alapján arra lehet következtetni, hogy alakja közel van a gömb alakú, de nem elég rendszeres. A három töltési sűrűségű CCE -oldatok esetében a viszkozitás növekszik a koncentráció növekedésével, de a Newton N vadászszáma először csökken, majd ingadozik és még emelkedik is; A pH -nak csekély hatása van a viszkozitásra, és a mérsékelt töltési sűrűség magasabb viszkozitást eredményezhet.