Pengaruh Substituen dan Berat Molekul terhadap Sifat Permukaan Selulosa Eter Nonionik

Menurut teori impregnasi Washburn (Teori Penetrasi) dan teori kombinasi van Oss-Good-Chaudhury (Teori Kombinasi) dan penerapan teknologi sumbu kolom (Teknik Wicking Kolom), beberapa eter selulosa non-ionik, seperti metil selulosa Sifat permukaan dari selulosa, hidroksipropil selulosa dan hidroksipropil metilselulosa diuji. Karena perbedaan substituen, derajat substitusi dan berat molekul eter selulosa ini, energi permukaan dan komponennya berbeda secara signifikan. Data menunjukkan bahwa basa Lewis selulosa eter non-ionik lebih besar daripada asam Lewis, dan komponen utama energi bebas permukaan adalah gaya Lifshitz-van der Waals. Energi permukaan hidroksipropil dan komposisinya lebih besar dibandingkan hidroksimetil. Berdasarkan premis substituen dan derajat substitusi yang sama, energi bebas permukaan hidroksipropil selulosa sebanding dengan berat molekul; sedangkan energi bebas permukaan hidroksipropil metilselulosa sebanding dengan derajat substitusi dan berbanding terbalik dengan berat molekul. Percobaan juga menemukan bahwa energi permukaan substituen hidroksipropil dan hidroksipropilmetil dalam selulosa eter non-ionik tampaknya lebih besar daripada energi permukaan selulosa, dan percobaan membuktikan bahwa energi permukaan selulosa yang diuji dan komposisinya. konsisten dengan literatur.

Kata kunci: eter selulosa nonionik; substituen dan derajat substitusi; berat molekul; sifat permukaan; teknologi sumbu

Selulosa eter adalah kategori besar turunan selulosa, yang dapat dibagi menjadi eter anionik, kationik, dan nonionik menurut struktur kimia substituen eternya. Selulosa eter juga merupakan salah satu produk paling awal yang diteliti dan diproduksi dalam kimia polimer. Sejauh ini selulosa eter telah banyak digunakan dalam bidang kedokteran, kebersihan, kosmetik dan industri makanan.

Meskipun selulosa eter, seperti hidroksimetilselulosa, hidroksipropilselulosa, dan hidroksipropilmetilselulosa, telah diproduksi secara industri dan banyak sifat-sifatnya telah dipelajari, energi permukaannya, sifat reaktif alkali asamnya belum dilaporkan sejauh ini. Karena sebagian besar produk ini digunakan dalam lingkungan cair, dan karakteristik permukaan, terutama karakteristik reaksi asam-basa, kemungkinan besar akan mempengaruhi penggunaannya, maka sangat penting untuk mempelajari dan memahami karakteristik kimia permukaan selulosa eter komersial ini.

Mengingat sampel turunan selulosa sangat mudah diubah seiring dengan perubahan kondisi preparasi, maka makalah ini menggunakan produk komersial sebagai sampel untuk mengkarakterisasi energi permukaannya, dan berdasarkan hal tersebut, pengaruh substituen dan berat molekul produk tersebut pada permukaan. properti dipelajari.

1. Bagian percobaan

1.1 Bahan mentah

Selulosa eter non-ionik yang digunakan dalam percobaan ini adalah produk dariKIMA KIMIA CO.,LTD,. Sampel tidak dikenakan perlakuan apa pun sebelum pengujian.

Mengingat turunan selulosa terbuat dari selulosa, kedua struktur tersebut berdekatan, dan sifat permukaan selulosa telah dilaporkan dalam literatur, maka makalah ini menggunakan selulosa sebagai sampel standar. Sampel selulosa yang digunakan diberi nama kode C8002 dan dibeli dariKIMA, CN. Sampel tidak dikenakan perlakuan apa pun selama pengujian.

Reagen yang digunakan dalam percobaan adalah: etana, diiodometana, air deionisasi, formamida, toluena, kloroform. Semua cairan adalah produk murni secara analitis kecuali air yang tersedia secara komersial.

1.2 Metode eksperimen

Dalam percobaan ini, teknik sumbu kolom diadopsi, dan bagian (sekitar 10 cm) pipet standar dengan diameter dalam 3 mm dipotong sebagai tabung kolom. Masukkan 200 mg sampel bubuk ke dalam tabung kolom setiap kali, kemudian kocok hingga rata dan letakkan secara vertikal di dasar wadah kaca dengan diameter dalam sekitar 3 cm, agar cairan dapat teradsorpsi secara spontan. Timbang 1 mL cairan yang akan diuji dan masukkan ke dalam wadah kaca, lalu catat waktu perendaman t dan jarak perendaman X secara bersamaan. Semua percobaan dilakukan pada suhu kamar (25±1°C). Setiap data adalah rata-rata dari tiga percobaan ulangan.

1.3 Perhitungan data eksperimen

Landasan teori penerapan teknik wicking kolom untuk menguji energi permukaan bahan serbuk adalah persamaan impregnasi Washburn (persamaan penetrasi Washburn).

1.3.1 Penentuan jari-jari efektif kapiler Reff sampel yang diukur

Saat mengaplikasikan formula perendaman Washburn, syarat untuk mencapai pembasahan sempurna adalah cos=1. Ini berarti bahwa ketika suatu cairan dipilih untuk direndam dalam padatan untuk mencapai kondisi basah penuh, kita dapat menghitung radius efektif kapiler Reff sampel yang diukur dengan menguji jarak dan waktu perendaman menurut kasus khusus rumus perendaman Washburn.

1.3.2 Perhitungan gaya Lifshitz-van der Waals untuk sampel yang diukur

Menurut aturan penggabungan van Oss-Chaudhury-Good, hubungan antara reaksi antara zat cair dan zat padat.

1.3.3 Perhitungan gaya asam basa Lewis dari sampel yang diukur

Secara umum, sifat asam-basa padatan diperkirakan dari data yang diresapi air dan formamida. Namun pada artikel ini, kami menemukan bahwa tidak ada masalah saat menggunakan pasangan cairan polar ini untuk mengukur selulosa, melainkan pada pengujian selulosa eter, karena ketinggian perendaman sistem larutan polar air/formamida dalam selulosa eter terlalu rendah. , membuat pencatatan waktu menjadi sangat sulit. Oleh karena itu, sistem larutan toluena/kloroform yang diperkenalkan oleh Chibowsk dipilih. Menurut Chibowski, sistem larutan polar toluena/kloroform juga merupakan pilihan. Hal ini dikarenakan kedua cairan ini mempunyai keasaman dan alkalinitas yang sangat istimewa, misalnya toluena tidak memiliki keasaman Lewis, dan kloroform tidak memiliki alkalinitas Lewis. Untuk mendapatkan data yang diperoleh dari sistem larutan toluena/kloroform lebih dekat dengan sistem larutan polar air/formamida yang direkomendasikan, kami menggunakan dua sistem cairan polar ini untuk menguji selulosa pada saat yang sama, dan kemudian mendapatkan koefisien muai atau kontraksi yang sesuai. sebelum mengaplikasikan Data yang diperoleh dengan menghamili selulosa eter dengan toluena/kloroform mendekati kesimpulan yang diperoleh untuk sistem air/formamida. Karena selulosa eter berasal dari selulosa dan terdapat struktur yang sangat mirip di antara keduanya, metode estimasi ini mungkin valid.

1.3.4 Perhitungan total energi bebas permukaan

2. Hasil dan Pembahasan

2.1 Standar selulosa

Karena hasil pengujian kami pada sampel standar selulosa menemukan bahwa data ini sesuai dengan yang dilaporkan dalam literatur, maka masuk akal untuk percaya bahwa hasil pengujian pada selulosa eter juga harus dipertimbangkan.

2.2 Hasil pengujian dan pembahasan selulosa eter

Pada pengujian selulosa eter, sangat sulit untuk mencatat jarak dan waktu perendaman karena rendahnya ketinggian perendaman air dan formamida. Oleh karena itu, makalah ini memilih sistem larutan toluena/kloroform sebagai larutan alternatif, dan memperkirakan keasaman Lewis selulosa eter berdasarkan hasil pengujian air/formamida dan toluena/kloroform pada selulosa serta hubungan proporsional antara kedua sistem larutan. dan kekuatan basa.

Dengan mengambil selulosa sebagai sampel standar, serangkaian karakteristik asam-basa eter selulosa diberikan. Karena hasil impregnasi selulosa eter dengan toluena/kloroform diuji secara langsung, maka hasil ini meyakinkan.

Ini berarti bahwa jenis dan berat molekul substituen mempengaruhi sifat asam-basa selulosa eter, dan hubungan antara dua substituen, hidroksipropil dan hidroksipropilmetil, pada sifat asam-basa selulosa eter dan berat molekul sangat berlawanan. Namun hal ini juga dapat dikaitkan dengan fakta bahwa anggota parlemen merupakan pengganti yang campuran.

Karena substituen MO43 dan K8913 berbeda dan mempunyai berat molekul yang sama, misalnya substituen yang pertama adalah hidroksimetil dan substituen yang terakhir adalah hidroksipropil, tetapi berat molekul keduanya adalah 100.000, maka itu juga berarti bahwa premis dengan berat molekul yang sama Dalam keadaan ini, S+ dan S- dari gugus hidroksimetil mungkin lebih kecil dari gugus hidroksipropil. Namun derajat substitusi juga dimungkinkan, karena derajat substitusi K8913 sekitar 3,00, sedangkan MO43 hanya 1,90.

Karena derajat substitusi dan substituen K8913 dan K9113 sama tetapi hanya berat molekulnya saja yang berbeda, perbandingan keduanya menunjukkan bahwa S+ hidroksipropil selulosa menurun seiring bertambahnya berat molekul, tetapi S- meningkat sebaliknya. .

Dari rangkuman hasil pengujian energi permukaan seluruh selulosa eter dan komponennya dapat diketahui bahwa baik itu selulosa maupun selulosa eter, komponen utama energi permukaannya adalah gaya Lifshitz-van der Waals yang terhitung sekitar 98%~99%. Selain itu, gaya Lifshitz-van der Waals dari eter selulosa nonionik ini (kecuali MO43) juga sebagian besar lebih besar dibandingkan gaya Lifshitz-van der Waals, yang menunjukkan bahwa proses eterifikasi selulosa juga merupakan proses peningkatan gaya Lifshitz-van der Waals. Dan peningkatan ini menyebabkan energi permukaan selulosa eter menjadi lebih besar dibandingkan selulosa. Fenomena ini sangat menarik karena selulosa eter ini biasa digunakan dalam produksi surfaktan. Namun data ini patut diperhatikan, bukan hanya karena data mengenai sampel standar acuan yang diuji dalam percobaan ini sangat konsisten dengan nilai yang dilaporkan dalam literatur, data tentang sampel standar acuan sangat konsisten dengan nilai yang dilaporkan dalam literatur, misalnya contoh: semua selulosa ini SAB eter secara signifikan lebih kecil dibandingkan selulosa, dan ini disebabkan oleh basa Lewisnya yang sangat besar. Berdasarkan premis substituen dan derajat substitusi yang sama, energi bebas permukaan hidroksipropil selulosa sebanding dengan berat molekul; sedangkan energi bebas permukaan hidroksipropil metilselulosa sebanding dengan derajat substitusi dan berbanding terbalik dengan berat molekul.

Selain itu, karena selulosa eter memiliki SLW yang lebih besar daripada selulosa, namun kita telah mengetahui bahwa dispersibilitasnya lebih baik daripada selulosa, sehingga dapat diasumsikan terlebih dahulu bahwa komponen utama SLW yang menyusun eter selulosa nonionik adalah gaya London.

3. Kesimpulan

Penelitian telah menunjukkan bahwa jenis substituen, derajat substitusi, dan berat molekul mempunyai pengaruh besar terhadap energi permukaan dan komposisi selulosa eter non-ionik. Dan efek ini tampaknya mempunyai keteraturan sebagai berikut:

(1) S+ selulosa eter non-ionik lebih kecil dari S-.

(2) Energi permukaan selulosa eter nonionik didominasi oleh gaya Lifshitz-van der Waals.

(3) Berat molekul dan substituen berpengaruh terhadap energi permukaan eter selulosa non-ionik, tetapi hal ini terutama bergantung pada jenis substituen.

(4) Berdasarkan premis substituen dan derajat substitusi yang sama, energi bebas permukaan hidroksipropil selulosa sebanding dengan berat molekul; sedangkan energi bebas permukaan hidroksipropil metilselulosa sebanding dengan derajat substitusi dan berbanding terbalik dengan berat molekul.

(5) Proses eterifikasi selulosa merupakan proses dimana gaya Lifshitz-van der Waals meningkat, dan juga merupakan proses dimana keasaman Lewis menurun dan alkalinitas Lewis meningkat.