ノニオン性セルロースエーテルの表面特性に及ぼす置換基と分子量の影響

ウォッシュバーンの含浸理論 (浸透理論) とヴァン・オス・グッド・チョードリーの結合理論 (結合理論) および柱状芯技術の応用 (柱ウィッキング技術) によると、メチルセルロースなどのいくつかの非イオン性セルロースエーテルの表面特性が明らかになりました。セルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、およびヒドロキシプロピルメチルセルロースを試験した。これらのセルロースエーテルの置換基、置換度、分子量が異なるため、それらの表面エネルギーと成分は大きく異なります。データは、非イオン性セルロース エーテルのルイス塩基がルイス酸より大きく、表面自由エネルギーの主成分がリフシッツ ファン デル ワールス力であることを示しています。ヒドロキシプロピルおよびその組成物の表面エネルギーは、ヒドロキシメチルの表面エネルギーよりも大きい。同じ置換基と置換度の前提の下では、ヒドロキシプロピルセルロースの表面自由エネルギーは分子量に比例します。一方、ヒドロキシプロピルメチルセルロースの表面自由エネルギーは置換度に比例し、分子量に反比例します。この実験では、非イオン性セルロースエーテルの置換基ヒドロキシプロピルおよびヒドロキシプロピルメチルの表面エネルギーがセルロースの表面エネルギーよりも大きいようであることも判明し、実験により、試験したセルロースの表面エネルギーとその組成データが証明されました。文献と一致しています。

キーワード: 非イオン性セルロースエーテル；置換基と置換度。分子量;表面特性。芯テクノロジー

セルロースエーテルはセルロース誘導体の大きなカテゴリーであり、エーテル置換基の化学構造に応じてアニオン性、カチオン性、およびノニオン性エーテルに分類できます。セルロース エーテルは、高分子化学において研究され製造された最も初期の製品の 1 つでもあります。これまで、セルロースエーテルは医療、衛生、化粧品、食品業界で広く使用されてきました。

ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなどのセルロースエーテルは工業的に生産されており、その特性の多くが研究されていますが、その表面エネルギー、酸アルカリ反応性などの特性についてはこれまで報告されていません。これらの製品のほとんどは液体環境で使用され、表面特性、特に酸塩基反応特性がその使用に影響を与える可能性があるため、この市販のセルロースエーテルの表面化学特性を研究し、理解することが非常に必要です。

セルロース誘導体のサンプルは調製条件の変更により非常に変化しやすいことを考慮して、この論文では市販製品をサンプルとして使用して表面エネルギーを特徴付け、これに基づいてそのような製品の表面に対する置換基と分子量の影響を調べます。特性が研究されています。

1. 実験部分

1.1 原材料

実験で使用した非イオン性セルロースエーテルは、キマ化学株式会社、。サンプルにはテスト前にいかなる処理も行われませんでした。

セルロース誘導体がセルロースでできていることを考慮すると、2 つの構造は近似しており、セルロースの表面特性については文献で報告されているため、本稿では標準サンプルとしてセルロースを使用します。使用したセルロース サンプルはコード名 C8002 で、次から購入しました。キマ, CN。テスト中、サンプルにはいかなる処理も行われませんでした。

実験で使用した試薬は、エタン、ジヨードメタン、脱イオン水、ホルムアミド、トルエン、クロロホルムです。市販されている水を除いて、すべての液体は分析的に純粋な生成物であった。

1.2 実験方法

この実験ではカラムウィッキング技術を採用し、内径 3 mm の標準ピペットの一部 (約 10 cm) をカラムチューブとして切り出しました。粉末試料をカラムチューブに 200 mg ずつ入れ、よく振って均一にし、内径約 3 cm のガラス容器の底に垂直に置き、液体を自然吸着させます。被検液 1mL を秤量してガラス容器に入れ、浸漬時間 t と浸漬距離 X を同時に記録します。すべての実験は室温（25℃）で行われました。±1°C)。各データは 3 回の反復実験の平均です。

1.3 実験データの計算

粉末材料の表面エネルギーをテストするためにカラムウィッキング技術を適用するための理論的基礎は、ウォッシュバーン含浸方程式 (ウォッシュバーン浸透方程式) です。

1.3.1 測定サンプルの毛細管有効半径 Reff の決定

ウォッシュバーン浸漬式を適用する場合、完全な濡れを達成するための条件は cos=1 です。これは、完全に濡れた状態を達成するために固体に浸漬する液体を選択した場合、ウォッシュバーン浸漬公式の特殊なケースに従って浸漬距離と時間をテストすることで、測定サンプルの毛細管有効半径 Reff を計算できることを意味します。

1.3.2 測定サンプルのリフシッツ・ファンデルワールス力の計算

van Oss-Chaudhury-Good の結合規則によると、液体と固体の間の反応の関係。

1.3.3 測定サンプルのルイス酸塩基力の計算

一般に、固体の酸塩基特性は、水とホルムアミドを含浸させたデータから推定されます。しかし、この記事では、この極性液体のペアをセルロースの測定に使用する場合には問題がないことがわかりましたが、セルロースエーテルのテストでは、セルロースエーテル中の水/ホルムアミドの極性溶液系の浸漬高さが低すぎるためです。 、時間の記録が非常に困難になります。そこで、チボウスク社が導入したトルエン／クロロホルム溶液系を選択した。 Chibowski 氏によると、トルエン/クロロホルム極性溶液システムもオプションです。これは、これら 2 つの液体が非常に特殊な酸性とアルカリ性を持っているためです。たとえば、トルエンにはルイス酸性がありませんが、クロロホルムにはルイスアルカリ性がありません。トルエン/クロロホルム溶液系で得られたデータを水/ホルムアミドの推奨極性溶液系に近づけるために、これら 2 つの極性液体系を使用してセルロースを同時にテストし、対応する膨張係数または収縮係数を取得します。適用前 セルロースエーテルにトルエン/クロロホルムを含浸させることによって得られたデータは、水/ホルムアミド系で得られた結論に近いものです。セルロースエーテルはセルロースに由来し、両者の構造は非常に類似しているため、この推定方法は有効である可能性があります。

1.3.4 総表面自由エネルギーの計算

2. 結果と考察

2.1 セルロース標準品

セルロース標準サンプルに関する私たちのテスト結果では、これらのデータが文献で報告されているデータとよく一致していることが判明したため、セルロースエーテルに関するテスト結果も考慮する必要があると考えるのが合理的です。

2.2 セルロースエーテルの試験結果と考察

セルロースエーテルの試験中、水とホルムアミドの浸漬高さが非常に低いため、浸漬距離と時間を記録することは非常に困難です。そこで本論文では、代替溶液としてトルエン／クロロホルム溶液系を選択し、セルロースに対する水／ホルムアミドおよびトルエン／クロロホルムの試験結果と両溶液系の比例関係に基づいてセルロースエーテルのルイス酸性を推定した。そしてアルカリパワー。

セルロースを標準サンプルとして取り上げ、セルロースエーテルの一連の酸塩基特性を示します。セルロースエーテルにトルエン・クロロホルムを含浸させた結果を直接試験しているので説得力があります。

これは、置換基の種類と分子量がセルロースエーテルの酸塩基特性に影響し、ヒドロキシプロピルとヒドロキシプロピルメチルの2つの置換基の関係がセルロースエーテルの酸塩基特性と分子量にまったく逆の関係を与えることを意味します。しかし、それは議員が混合の代替者であるという事実にも関連している可能性があります。

MO43 と K8913 の置換基は異なり、分子量は同じなので、例えば前者の置換基はヒドロキシメチル、後者の置換基はヒドロキシプロピルですが、分子量は両方とも 100,000 なので、同じ分子量であることを前提とすると、ヒドロキシメチル基のＳ＋、Ｓ－がヒドロキシプロピル基よりも小さくなる場合がある。しかし、K8913 の置換度は約 3.00 であるのに対し、MO43 の置換度はわずか 1.90 であるため、置換度も可能です。

K8913とK9113は置換度や置換基が同じで分子量のみが異なるため、両者を比較すると分子量の増加に伴いヒドロキシプロピルセルロースのS+は減少し、逆にS-は増加することがわかります。 。

すべてのセルロース エーテルとその成分の表面エネルギーの試験結果の概要から、セルロースであってもセルロース エーテルであっても、表面エネルギーの主成分はリフシッツ ファン デル ワールス力であり、約98％〜99％。さらに、これらの非イオン性セルロースエーテル (MO43 を除く) のリフシッツ ファン デル ワールス力も、セルロースのリフシッツ ファン デル ワールス力よりもほとんどが大きく、これはセルロースのエーテル化プロセスがリフシッツ ファン デル ワールス力を増加させるプロセスでもあることを示しています。そして、これらの増加により、セルロースエーテルの表面エネルギーがセルロースの表面エネルギーよりも大きくなります。これらのセルロースエーテルは界面活性剤の製造に一般的に使用されるため、この現象は非常に興味深いです。しかし、このデータは注目に値します。この実験でテストされた参照標準サンプルに関するデータが文献で報告されている値と非常に一致しているだけでなく、参照標準サンプルに関するデータも文献で報告されている値と非常に一致しているためです。例: これらすべてのセルロース エーテルの SAB はセルロースの SAB よりも大幅に小さく、これは非常に大きなルイス塩基によるものです。同じ置換基と置換度の前提の下では、ヒドロキシプロピルセルロースの表面自由エネルギーは分子量に比例します。一方、ヒドロキシプロピルメチルセルロースの表面自由エネルギーは置換度に比例し、分子量に反比例します。

また、セルロースエーテルはセルロースよりSLWが大きいですが、分散性がセルロースよりも優れていることが分かっているため、ノニオン性セルロースエーテルを構成するSLWの主成分はロンドン力であると予備的に考えることができます。

3. 結論

研究により、置換基の種類、置換度、分子量が非イオン性セルロースエーテルの表面エネルギーと組成に大きな影響を与えることが示されています。そして、この効果には次のような規則性があるようです。

(1) ノニオン性セルロースエーテルの S+ は S- より小さい。

(2) ノニオン性セルロースエーテルの表面エネルギーはリフシッツ・ファンデルワールス力によって支配されます。

(3) 分子量と置換基は非イオン性セルロースエーテルの表面エネルギーに影響しますが、主に置換基の種類に依存します。

(4) 同じ置換基と置換度の仮定の下では、ヒドロキシプロピルセルロースの表面自由エネルギーは分子量に比例する。一方、ヒドロキシプロピルメチルセルロースの表面自由エネルギーは置換度に比例し、分子量に反比例します。

（５）セルロースのエーテル化過程は、リフシッツ・ファンデルワールス力が増大する過程であるが、ルイス酸度が低下し、ルイスアルカリ度が増大する過程でもある。