תכונות של תמיסת אתר תאית קטיונית

תכונות התמיסה המדוללת של אתר תאית קטיוני בצפיפות גבוהה (KG-30M) בערכי pH שונים נחקרו עם מכשיר פיזור לייזר, מהרדיוס ההידרודינמי (Rh) בזוויות שונות, וממוצע הרדיוס הריבועי של השורש. Rg היחס ל-Rh מסיק שצורתו אינה סדירה אך קרובה לכדורית. לאחר מכן, בעזרת ריאומטר, נחקרו בפירוט שלוש תמיסות מרוכזות של אתרי תאית קטיוניים בעלי צפיפות מטען שונות, ונדונה השפעת הריכוז, ערך ה-pH וצפיפות המטען שלו על תכונותיו הריאולוגיות. ככל שהריכוז עלה, המעריך של ניוטון ירד תחילה ולאחר מכן ירד. מתרחשת תנודות או אפילו ריבאונד, והתנהגות תיקסוטרופית מתרחשת ב-3% (שבר מסה). צפיפות מטען מתונה מועילה להשגת צמיגות אפס-גזירה גבוהה יותר, ול-PH יש השפעה מועטה על הצמיגות שלו.

מילות מפתח:אתר תאית קטיוני; מוֹרפוֹלוֹגִיָה; צמיגות גזירה אפסית; ריאולוגיה

נגזרות תאית והפולימרים הפונקציונליים שלהן היו בשימוש נרחב בתחומי המוצרים הפיזיולוגיים והסניטריים, פטרוכימיקלים, רפואה, מזון, מוצרי טיפוח אישי, אריזות וכו'. אתר תאית קטיוני מסיס במים (CCE) נובע מכך שהוא בעל עיבוי חזק. יכולת, הוא נמצא בשימוש נרחב בכימיקלים יומיומיים, במיוחד שמפו, והוא יכול לשפר את הסירוק של השיער לאחר שמפו. יחד עם זאת, בגלל התאימות הטובה שלו, ניתן להשתמש בו בשמפו שני באחד ובכל אחד. יש לו גם סיכויי יישום טובים ומשך את תשומת הלב של מדינות שונות. דווח בספרות שתמיסות נגזרות תאית מפגינות התנהגויות כגון נוזל ניוטוני, נוזל פסאודופלסטי, נוזל תיקסוטרופי ונוזל ויסקו אלסטי עם עליית הריכוז, אך המורפולוגיה, הריאולוגיה והגורמים המשפיעים של אתר תאית קטיוני בתמיסה מימית. דוחות מחקר. מאמר זה מתמקד בהתנהגות הריאולוגית של תמיסה מימית של תאית רבעונית שעברה אמוניום שונה, על מנת לספק התייחסות ליישום מעשי.

1. חלק ניסיוני

1.1 חומרי גלם

אתר תאית קטיוני (KG-30M, JR-30M, LR-30M); מוצר Canada Dow Chemical Company, מסופק על ידי חברת פרוקטר אנד גמבל קובי מרכז מו"פ ביפן, נמדד על ידי מנתח היסודות Vario EL (German Elemental Company), המדגם תכולת החנקן היא 2.7%, 1.8%, 1.0% בהתאמה (צפיפות המטען היא 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, 0.7 Meq/g בהתאמה), והוא נבדק על ידי מכשיר פיזור אור לייזר ALV-5000E הגרמני (LLS) מדד המשקל המולקולרי הממוצע שלו הוא כ-1.64×106 גרם/מול.

1.2 הכנת תמיסה

הדגימה טוהר על ידי סינון, דיאליזה וייבוש בהקפאה. שקלו סדרה של שלוש דגימות כמותיות בהתאמה, והוסיפו תמיסת חיץ סטנדרטית עם pH 4.00, 6.86, 9.18 כדי להכין את הריכוז הנדרש. על מנת להבטיח שהדגימות נמסו במלואן, כל תמיסות הדגימה הונחו על בוחש מגנטי למשך 48 שעות לפני הבדיקה.

1.3 מדידת פיזור אור

השתמש ב-LLS כדי למדוד את המשקל המולקולרי הממוצע של הדגימה בתמיסה מימית מדוללת, הרדיוס ההידרודינמי ורדיוס הסיבוב הממוצע של השורש כאשר מקדם Villi השני וזוויות שונות, והסיק כי אתר תאית קטיוני זה נמצא ב התמיסה המימית לפי מצב היחס שלה.

1.4 מדידת צמיגות וחקירה ראוולוגית

תמיסת ה-CCE המרוכזת נחקרה על ידי Brookfield RVDV-III+ rheometer, ונחקרה השפעת הריכוז, צפיפות המטען וערך ה-pH על תכונות ריאולוגיות כגון צמיגות המדגם. בריכוזים גבוהים יותר, יש צורך לחקור את הטיקוטרופיה שלו.

2. תוצאות ודיון

2.1 מחקר על פיזור אור

בשל המבנה המולקולרי המיוחד שלו, קשה להתקיים בצורה של מולקולה בודדת אפילו בממס טוב, אלא בצורה של מיצללים, אשכולות או אסוציאציות יציבים מסוימים.

כאשר נצפתה התמיסה המימית המדוללת (~0.1%) של CCE עם מיקרוסקופ מקטב, מתחת לרקע של השדה האורתוגונלי של הצלב השחור, הופיעו כתמים בהירים "כוכבים" ופסים בהירים. הוא מאופיין עוד בפיזור האור, הרדיוס ההידרודינמי הדינמי ב-pH ובזוויות שונות, רדיוס הסיבוב הריבועי הממוצע של השורש ומקדם ה-Villi השני המתקבל מהדיאגרמת Berry מפורטים ב-Tab. 1. גרף ההתפלגות של פונקציית הרדיוס ההידרודינמית המתקבל בריכוז של 10-5 הוא בעיקרו שיא בודד, אך ההתפלגות רחבה מאוד (איור 1), מה שמעיד על כך שיש אסוציאציות ברמה מולקולרית ואגרגטים גדולים במערכת ; ישנם שינויים, וערכי Rg/Rb הם כולם סביב 0.775, מה שמצביע על כך שהצורה של CCE בתמיסה קרובה לכדורית, אך לא מספיק סדירה. השפעת ה-pH על Rb ו-Rg אינה ברורה. הנגדיון בתמיסת החיץ מקיים אינטראקציה עם CCE כדי להגן על המטען בשרשרת הצדדית שלו ולגרום לו להתכווץ, אך ההבדל משתנה בהתאם לסוג הנגד. מדידת פיזור אור של פולימרים טעונים רגישה לאינטראקציה עם כוח ארוכי טווח ולהפרעות חיצוניות, ולכן ישנן שגיאות ומגבלות מסוימות באפיון LLS. כאשר שבר המסה גדול מ-0.02%, יש לרוב פסגות כפולות בלתי ניתנות להפרדה או אפילו פסגות מרובות בתרשים התפלגות Rh. ככל שהריכוז עולה, גם ה-Rh עולה, מה שמצביע על כך שיותר מקרומולקולות קשורות או אפילו מצטברות. כאשר Cao et al. השתמשו בפיזור אור כדי לחקור את הקופולימר של תאית קרבוקסימטיל ומקרומרים פעילי שטח, היו גם פסגות כפולות בלתי ניתנות להפרדה, שאחת מהן הייתה בין 30 ננומטר ל-100 ננומטר, המייצגת את היווצרות מיצללים ברמה המולקולרית, והשניה שיא Rh הוא יחסית גדול, הנחשב למצרף, הדומה לתוצאות שנקבעו במאמר זה.

2.2 מחקר על התנהגות ריאולוגית

2.2.1 השפעת הריכוז:למדוד את הצמיגות הנראית לעין של תמיסות KG-30M עם ריכוזים שונים בקצבי גזירה שונים, ולפי הצורה הלוגריתמית של משוואת חוק הכוח המוצעת על ידי Ostwald-Dewaele, כאשר שבר המסה אינו עולה על 0.7%, וסדרה של קווים ישרים. עם מקדמי מתאם ליניאריים גדולים מ-0.99 התקבלו. וככל שהריכוז עולה, הערך של המעריך n של ניוטון יורד (כולם פחות מ-1), מה שמראה נוזל פסאודופלסטי ברור. מונעים על ידי כוח גזירה, השרשראות המקרומולקולריות מתחילות להתפרק ולהתכוון, כך שהצמיגות יורדת. כאשר שבר המסה גדול מ-0.7%, מקדם המתאם הליניארי של הקו הישר המתקבל יורד (כ-0.98), ו-n מתחיל להתנוד או אפילו לעלות עם עליית הריכוז; כאשר שבר המסה מגיע ל-3% (איור 2), הטבלה הצמיגות הנראית תחילה עולה ולאחר מכן יורדת עם עליית קצב הגזירה. סדרת תופעות זו שונה מהדיווחים על פתרונות פולימרים אניוניים וקטיוניים אחרים. ערך n עולה, כלומר התכונה הלא ניוטונית נחלשת; הנוזל הניוטוני הוא נוזל צמיג, והחלקה בין-מולקולרית מתרחשת בפעולה של מתח גזירה, ולא ניתן לשחזר אותו; נוזל שאינו ניוטוני מכיל חלק אלסטי הניתן לשחזור וחלק צמיג בלתי ניתן לשחזור. תחת פעולת מתח הגזירה מתרחשת ההחלקה הבלתי הפיכה בין מולקולות, ובמקביל, מכיוון שהמאקרומולקולות נמתחות ומכוונות עם הגזירה, נוצר חלק אלסטי הניתן לשחזור. כאשר הכוח החיצוני מוסר, המקרומולקולות נוטות לחזור לצורה המסולסלת המקורית, ולכן הערך של n עולה. הריכוז ממשיך לעלות כדי ליצור מבנה רשת. כאשר מתח הגזירה קטן, הוא לא ייהרס, ורק עיוות אלסטי יתרחש. בשלב זה, הגמישות תוגבר יחסית, הצמיגות תיחלש, והערך של n יקטן; בעוד שמתח הגזירה גדל בהדרגה במהלך תהליך המדידה, כך n הערך משתנה. כאשר שבר המסה מגיע ל-3%, הצמיגות הנראית תחילה עולה ואז יורדת, מכיוון שהגזירה הקטנה מקדמת התנגשות של מקרומולקולות ליצירת אגרגטים גדולים, כך שהצמיגות עולה, ומתח הגזירה ממשיך לשבור את האגרגטים. , הצמיגות תרד שוב.

בחקירת הטיקוטרופיה, הגדר את המהירות (r/min) כדי להגיע ל-y הרצוי, הגבר את המהירות במרווחים קבועים עד שהיא מגיעה לערך שנקבע, ואז ירד במהירות מהמהירות המקסימלית חזרה לערך ההתחלתי כדי לקבל את הערך המתאים מתח הגזירה, הקשר שלו עם קצב הגזירה מוצג באיור 3. כאשר שבר המסה קטן מ-2.5%, העקומה כלפי מעלה והעקומה כלפי מטה חופפות לחלוטין, אך כאשר שבר המסה הוא 3%, שני הקווים לא חפיפה ארוכה יותר, והקו כלפי מטה מפגר מאחור, מה שמעיד על תיקסוטרופיה.

התלות בזמן של מתח גזירה ידועה כהתנגדות ריאולוגית. עמידות ריאולוגית היא התנהגות אופיינית של נוזלים ויסקו אלסטיים ונוזלים בעלי מבנים תיקסטרופיים. נמצא שככל ש-y גדול יותר באותו שבר מסה, כך r מגיע מהר יותר לשיווי משקל, והתלות בזמן קטנה יותר; בשבר מסה נמוך יותר (<2%), CCE אינו מראה עמידות ראוולוגית. כאשר שבר המסה גדל ל-2.5%, הוא מראה תלות חזקה בזמן (איור 4), ולוקח כ-10 דקות להגיע לשיווי משקל, בעוד שב-3.0%, זמן שיווי המשקל לוקח 50 דקות. הטיקסוטרופיה הטובה של המערכת תורמת ליישום מעשי.

2.2.2 השפעת צפיפות המטען:נבחרה הצורה הלוגריתמית של הנוסחה האמפירית Spencer-Dillon, שבה צמיגות החיתוך האפס, b קבועה באותו ריכוז ובטמפרטורה שונה, ועולה עם עליית הריכוז באותה טמפרטורה. לפי משוואת חוק הכוח שאימצה אונוגי ב-1966, M היא המסה המולקולרית היחסית של הפולימר, A ו-B הם קבועים, ו-c הוא שבר המסה (%). תְאֵנָה.5 לשלושת העקומות יש נקודות פיתול ברורות בסביבות 0.6%, כלומר, יש שבר מסה קריטית. יותר מ-0.6%, צמיגות האפס-גזירה עולה במהירות עם עליית הריכוז C. העקומות של שלוש הדגימות עם צפיפות מטען שונה קרובות מאוד. לעומת זאת, כאשר שבר המסה הוא בין 0.2% ל-0.8%, צמיגות החיתוך האפסית של דגימת ה-LR עם צפיפות המטען הקטנה ביותר היא הגדולה ביותר, מכיוון שהאסוציאציה של קשרי המימן דורשת מגע מסוים. לכן, צפיפות המטען קשורה קשר הדוק לשאלה האם ניתן לסדר את המקרומולקולות בצורה מסודרת וקומפקטית; באמצעות בדיקת DSC, נמצא של-LR יש שיא התגבשות חלש, המעיד על צפיפות מטען מתאימה, וצמיגות הגזירה האפסית גבוהה יותר באותו ריכוז. כאשר חלק המסה קטן מ-0.2%, LR הוא הקטן ביותר, מכיוון שבתמיסה מדוללת, יש סיכוי גבוה יותר שמקרומולקולות עם צפיפות מטען נמוכה ליצור כיוון סליל, ולכן צמיגות הגזירה אפסית נמוכה. יש לזה משמעות מנחה טובה במונחים של ביצועי עיבוי.

2.2.3 אפקט pH: איור 6 היא התוצאה הנמדדת ב-pH שונה בטווח של 0.05% עד 2.5% חלק מסה. ישנה נקודת פיתול בסביבות 0.45%, אך שלושת העקומות כמעט חופפות, דבר המצביע על כך של-pH אין השפעה ברורה על צמיגות גזירה אפסית, שהיא שונה בתכלית מהרגישות של אתר תאית אניוני ל-pH.

3. מסקנה

התמיסה המימית המדוללת KG-30M נחקרת על ידי LLS, והתפלגות הרדיוס ההידרודינמית המתקבלת היא שיא בודד. מהתלות בזווית ויחס Rg/Rb, ניתן להסיק שצורתו קרובה לכדורית, אך לא מספיק סדירה. עבור תמיסות ה-CCE עם שלוש צפיפות מטען, הצמיגות עולה עם עליית הריכוז, אך מספר הציד של הניוטון n תחילה יורד, לאחר מכן משתנה ואף עולה; ל-pH יש השפעה מועטה על הצמיגות, וצפיפות מטען מתונה יכולה להשיג צמיגות גבוהה יותר.