השפעות של תחליפים ומשקל מולקולרי על תכונות פני השטח של אתר תאית לא-ניוני

על פי תיאוריית ההספגה של וושבורן (תורת החדירה) ותאוריית השילוב של ואן אוס-גוד-צ'ודהורי (תאוריית השילוב) ויישום טכנולוגיית הפתיל העמודי (Column Wicking Technique), מספר אתרי תאית לא-יוניים, כגון מתיל תאית תכונות פני השטח של נבדקו תאית, הידרוקסיפרופיל תאית ו-hydroxypropyl methylcellulose. בשל התחליפים השונים, דרגות ההחלפה והמשקלים המולקולריים של אתרי תאית אלו, אנרגיות פני השטח שלהם ומרכיביהם שונים באופן משמעותי. הנתונים מראים שבסיס לואיס של אתר תאית לא-יוני גדול יותר מחומצת לואיס, והמרכיב העיקרי של האנרגיה החופשית פני השטח הוא כוח ליפשיץ-ואן דר ואלס. אנרגיית פני השטח של הידרוקסיפרופיל והרכבו גדולים יותר מזו של הידרוקסימתיל. תחת הנחת היסוד של אותו תחליף ודרגת החלפה, האנרגיה החופשית של פני השטח של תאית הידרוקסיפרופיל פרופורציונלית למשקל המולקולרי; בעוד שהאנרגיה החופשית של פני השטח של מתילצלולוזה של הידרוקסיפרופיל פרופורציונלית למידת ההחלפה ופרופורציונלית הפוך למשקל המולקולרי. בניסוי נמצא גם כי אנרגיית פני השטח של התחליף הידרוקסיפרופיל והידרוקסיפרופילמתיל באתר התאית הלא-יוני גדולה יותר מאנרגיית פני השטח של תאית, והניסוי מוכיח כי אנרגיית פני השטח של התאית שנבדקה והרכבה. תואם את הספרות.

מילות מפתח: אתרים תאית לא יוניים; תחליפים ודרגות החלפה; משקל מולקולרי; מאפייני פני השטח; טכנולוגיית פתיל

אתר תאית הוא קטגוריה גדולה של נגזרות תאית, אותן ניתן לחלק לאתרים אניונים, קטיוניים ולא-יוניים לפי המבנה הכימי של תחליפי האתר שלהם. אתר תאית הוא גם אחד המוצרים המוקדמים ביותר שנחקרו ויוצרו בכימיה של פולימרים. עד כה נעשה שימוש נרחב באתר תאית בתעשיית הרפואה, היגיינה, הקוסמטיקה והמזון.

למרות שאתרים של תאית, כגון הידרוקסי-מתיל-צלולוזה, הידרוקסי-פרופילצלולוזה והידרוקסי-פרופיל-מתיל-צלולוזה, יוצרו באופן תעשייתי ורבות מתכונותיהם נחקרו, אנרגיית פני השטח שלהם, תכונות תגובתיות של חומצה אלקליות לא דווחו עד כה. מכיוון שרוב המוצרים הללו משמשים בסביבה נוזלית, וסביר שמאפייני פני השטח, במיוחד מאפייני התגובה של חומצה-בסיס, ישפיעו על השימוש בהם, יש צורך מאוד ללמוד ולהבין את המאפיינים הכימיים של פני השטח של אתר תאית מסחרי זה.

בהתחשב בכך שקל מאוד לשנות את הדגימות של נגזרות תאית עם שינוי תנאי ההכנה, מאמר זה משתמש במוצרים מסחריים כדגימות לאפיון אנרגיית פני השטח שלהם, ועל בסיס זה, ההשפעה של תחליפים ומשקלים מולקולריים של מוצרים כאלה על פני השטח נכסים נחקרים.

1. חלק ניסיוני

1.1 חומרי גלם

אתר התאית הלא-יוני המשמש בניסוי הוא תוצר שלKIMA CHEMICAL CO., LTD,. הדגימות לא עברו כל טיפול לפני הבדיקה.

בהתחשב בכך שנגזרות תאית עשויות מתאית, שני המבנים קרובים, ותכונות פני השטח של תאית דווחו בספרות, כך שמאמר זה משתמש בתאית כמדגם הסטנדרטי. דגימת התאית ששימשה הייתה בשם הקוד C8002 והיא נרכשה מקימא, CN. המדגם לא עבר כל טיפול במהלך הבדיקה.

הריאגנטים המשמשים בניסוי הם: אתאן, דייודומתאן, מים דה-יוניים, פורמאמיד, טולואן, כלורופורם. כל הנוזלים היו מוצרים טהורים מבחינה אנליטית למעט מים שהיו זמינים מסחרית.

1.2 שיטה נסיונית

בניסוי זה אומצה טכניקת ניפת העמודים, וחתך (כ-10 ס"מ) של פיפטה סטנדרטית בקוטר פנימי של 3 מ"מ נחתך כצינור העמוד. הכניסו 200 מ"ג של דגימה אבקת בכל פעם לצינור העמודה, ואז נערו אותה כדי שיהיה אחיד והניחו אותה בצורה אנכית על תחתית מיכל הזכוכית בקוטר פנימי של כ-3 ס"מ, כך שהנוזל יכול להיספג באופן ספונטני. שקלו 1 מ"ל מהנוזל לבדיקה והכניסו אותו למיכל זכוכית, ורשמו את זמן הטבילה t ומרחק הטבילה X בו-זמנית. כל הניסויים בוצעו בטמפרטורת החדר (25±1°ג). כל נתון הוא הממוצע של שלושה ניסויים משוכפלים.

1.3 חישוב נתוני ניסוי

הבסיס התיאורטי ליישום טכניקת ניפת העמודים לבדיקת אנרגיית פני השטח של חומרי אבקה הוא משוואת הספגה של Washburn (משוואת חדירה של Washburn).

1.3.1 קביעת הרדיוס האפקטיבי הנימי Reff של המדגם הנמדד

בעת יישום נוסחת הטבילה של וושבורן, התנאי להשגת הרטבה מלאה הוא cos=1. משמעות הדבר היא שכאשר נבחר נוזל לטבול במוצק כדי להשיג מצב רטוב מלא, אנו יכולים לחשב את הרדיוס האפקטיבי של הדגימה הנמדדת על ידי בדיקת מרחק הטבילה והזמן לפי מקרה מיוחד של נוסחת הטבילה של Washburn.

1.3.2 חישוב כוח ליפשיץ ואן דר ואלס עבור המדגם הנמדד

על פי כללי השילוב של ואן אוס-צ'אודורי-גוד, הקשר בין התגובות בין נוזלים למוצקים.

1.3.3 חישוב כוח חומצה-בסיס לואיס של הדגימות הנמדדות

באופן כללי, מאפייני החומצה-בסיס של מוצקים נאמדים מנתונים שהוספגו במים ופורמאמיד. אבל במאמר זה, מצאנו שאין בעיה כשמשתמשים בזוג נוזלים קוטביים זה למדידת תאית, אלא בבדיקת אתר תאית, מכיוון שגובה הטבילה של מערכת התמיסות הקוטבית של מים/פורמאמיד באתר תאית נמוך מדי. , מה שמקשה מאוד על הקלטת הזמן. לכן, נבחרה מערכת תמיסת טולואן/כלורופורם שהציגה Chibowsk. לדברי צ'יבובסקי, גם מערכת פתרון פולארית של טולואן/כלורופורם היא אופציה. הסיבה לכך היא שלשני הנוזלים הללו יש חומציות ובסיסיות מאוד מיוחדים, למשל, לטולואן אין חומציות לואיס, ולכלורופורם אין בסיסיות לואיס. על מנת להביא את הנתונים המתקבלים על ידי מערכת תמיסת טולואן/כלורופורם קרוב יותר למערכת התמיסות הקוטבית המומלצת של מים/פורמאמיד, אנו משתמשים בשתי מערכות הנוזל הקוטביות הללו לבדיקת תאית בו זמנית, ולאחר מכן מקבלים את מקדמי ההתפשטות או ההתכווצות המתאימים. לפני היישום הנתונים המתקבלים מהספגת אתר תאית עם טולואן/כלורופורם קרובים למסקנות שהתקבלו לגבי מערכת המים/פורמאמיד. מכיוון שאתרים של תאית מופקים מתאית ויש מבנה דומה מאוד בין השניים, שיטת הערכה זו עשויה להיות תקפה.

1.3.4 חישוב האנרגיה החופשית הכוללת של פני השטח

2. תוצאות ודיון

2.1 תקן תאית

מאחר שתוצאות הבדיקה שלנו על דגימות סטנדרטיות של תאית מצאו שהנתונים הללו תואמים היטב את אלה שדווחו בספרות, סביר להניח שיש לשקול גם את תוצאות הבדיקה על אתרי תאית.

2.2 תוצאות בדיקה ודיון באתר תאית

במהלך הבדיקה של אתר תאית, קשה מאוד לרשום את מרחק הטבילה והזמן בשל גובה הטבילה הנמוך מאוד של מים ופורמאמיד. לכן, מאמר זה בוחר במערכת תמיסת טולואן/כלורופורם כפתרון חלופי, ומעריך את חומציות לואיס של אתר תאית בהתבסס על תוצאות הבדיקה של מים/פורמיד וטולואן/כלורופורם על תאית והקשר היחסי בין שתי מערכות התמיסה. וכוח אלקליין.

אם לוקחים תאית כמדגם סטנדרטי, ניתנת סדרה של מאפייני חומצה-בסיס של אתרי תאית. מכיוון שהתוצאה של הספגת אתר תאית עם טולואן/כלורופורם נבדקת ישירות, היא משכנעת.

המשמעות היא שהסוג והמשקל המולקולרי של התחליפים משפיעים על תכונות החומצה-בסיס של אתר תאית, והקשר בין שני התחליפים, הידרוקסיפרופיל והידרוקסיפרופיל-מתיל, על תכונות החומצה-בסיס של אתר תאית ועל המשקל המולקולרי הפוכים לחלוטין. אבל זה יכול להיות קשור גם לעובדה שחברי פרלמנט הם תחליפים מעורבים.

מכיוון שהתחליפים של MO43 ו-K8913 שונים ובעלי אותו משקל מולקולרי, למשל, התחליף של הראשון הוא הידרוקסי-מתיל והמחליף של האחרון הוא הידרוקסיפרופיל, אבל המשקל המולקולרי של שניהם הוא 100,000, אז זה גם אומר שה- הנחת יסוד של אותו משקל מולקולרי בנסיבות העניין, ה-S+ ו-S- של קבוצת ההידרוקסי-מתיל עשויים להיות קטנים יותר מקבוצת ההידרוקסיפרופיל. אבל גם מידת ההחלפה אפשרית, כי מידת ההחלפה של K8913 היא בערך 3.00, בעוד של MO43 היא רק 1.90.

מכיוון שמידת ההחלפה והתחליפים של K8913 ו-K9113 זהים אבל רק המשקל המולקולרי שונה, ההשוואה בין השניים מראה שה-S+ של תאית הידרוקסיפרופיל יורד עם העלייה במשקל המולקולרי, אך S- עולה להיפך. .

מסיכום תוצאות הבדיקה של אנרגיית פני השטח של כל אתרי התאית ומרכיביהם, ניתן לראות שבין אם זה תאית או אתר תאית, המרכיב העיקרי של אנרגיית פני השטח שלהם הוא כוח ליפשיץ ואן דר ואלס, המהווה את בערך 98% ~ 99%. יתרה מכך, כוחות ליפשיץ-ואן-דר-ואלס של אתרי תאית לא-יוניים אלה (למעט MO43) גם גדולים יותר מאלה של תאית, מה שמעיד שתהליך האתריט של תאית הוא גם תהליך של הגברת כוחות ליפשיץ-וואן-דר-ואלס. ועליות אלו מובילות לכך שאנרגיית פני השטח של אתר תאית גדולה מזו של תאית. תופעה זו מעניינת מאוד מכיוון שבדרך כלל משתמשים באתרי תאית אלו בייצור חומרים פעילי שטח. אבל הנתונים ראויים לציון, לא רק בגלל שהנתונים על מדגם התקן הייחוס שנבדק בניסוי זה תואמים ביותר לערך המדווח בספרות, הנתונים על מדגם התקן הייחוס תואמים מאוד לערך המדווח בספרות, שכן דוגמה: כל התאית האלו SAB של האתרים קטן משמעותית מזה של תאית, וזה נובע מבסיסי הלואיס הגדולים מאוד שלהם. תחת הנחת היסוד של אותו תחליף ודרגת החלפה, האנרגיה החופשית של פני השטח של תאית הידרוקסיפרופיל פרופורציונלית למשקל המולקולרי; בעוד שהאנרגיה החופשית של פני השטח של מתילצלולוזה של הידרוקסיפרופיל פרופורציונלית למידת ההחלפה ופרופורציונלית הפוך למשקל המולקולרי.

בנוסף, מכיוון שלאתרי תאית יש SLW גדול יותר מתאית, אבל אנחנו כבר יודעים שהפיזור שלהם טוב יותר מתאית, כך שניתן להתייחס מראש לכך שהמרכיב העיקרי של SLW המהווה אתרים תאית לא-יוניים צריך להיות הכוח הלונדוני.

3. מסקנה

מחקרים הראו שלסוג התחליף, מידת ההחלפה והמשקל המולקולרי יש השפעה רבה על אנרגיית פני השטח והרכבו של אתר תאית לא-יוני. ונראה להשפעה זו יש את הקביעות הבאה:

(1) S+ של אתר תאית לא-יוני קטן מ-S-.

(2) אנרגיית פני השטח של אתר תאית לא-יוני נשלטת על ידי כוח ליפשיץ ואן דר ואלס.

(3) למשקל מולקולרי ולתחליפים יש השפעה על אנרגיית פני השטח של אתרים תאית לא-יוניים, אך היא תלויה בעיקר בסוג התחליפים.

(4) בהנחה של אותו תחליף ודרגת החלפה, האנרגיה החופשית של פני השטח של תאית הידרוקסיפרופיל פרופורציונלית למשקל המולקולרי; בעוד שהאנרגיה החופשית של פני השטח של מתילצלולוזה של הידרוקסיפרופיל פרופורציונלית למידת ההחלפה ופרופורציונלית הפוך למשקל המולקולרי.

(5) תהליך האתריפיקציה של תאית הוא תהליך שבו כוח ליפשיץ-ואן דר ואלס גובר, וזהו גם תהליך שבו חומציות לואיס יורדת והבסיסיות של לואיס עולה.