ヒドロキシエチルセルロースエーテルの合成とレオロジー特性

自作アルカリ触媒存在下、工業用ヒドロキシエチル セルロースとN-(2,3-エポキシプロピル)トリメチルアンモニウムクロリド(GTA)カチオン化試薬を反応させ、乾式法により高置換度第4級アンモニウムを調製した塩型ヒドロキシエチルセルロースエーテル(HEC）。 GTAとヒドロキシエチルセルロース(HEC)の比、NaOHとHECの比、反応温度、反応時間が反応効率に及ぼす影響を統一した実験計画で調査し、モンテ法を通じて最適化されたプロセス条件を得た。カルロのシミュレーション。また、カチオン性エーテル化試薬の反応効率は実験検証により95%に達します。同時に、そのレオロジー特性についても議論されました。結果は、次の解決策が示されました。HEC 非ニュートン流体の特性を示し、その見かけの粘度は溶液の質量濃度の増加とともに増加しました。特定の濃度の食塩水中での見かけの粘度HEC 添加塩濃度が増加すると減少します。同じせん断速度の下で、見かけの粘度はHEC CaCl2溶液系では、HEC NaCl溶液系で。

キーワード:ヒドロキシエチルセルロースエーテル；乾式プロセス。レオロジー特性

セルロースは、豊富な供給源、生分解性、生体適合性、容易な誘導体化という特徴を備えており、多くの分野で研究のホットスポットとなっています。カチオン性セルロースは、セルロース誘導体の最も重要な代表的なものの 1 つです。香料工業会のCTFAに登録された個人用保護製品用のカチオンポリマーの中で、その消費量は最初です。ヘアコンディショナーのコンディショニング添加剤、柔軟剤、掘削頁岩の水和阻害剤、血液凝固防止剤などの分野で広く使用できます。

現在、第四級アンモニウムカチオン性ヒドロキシエチルセルロースエーテルの製造方法は溶媒法であり、大量の高価な有機溶媒を必要とし、コストが高く、安全でなく、環境を汚染する。乾式法は溶剤法に比べて工程が簡単で、反応効率が高く、環境汚染が少ないなどの優れた利点を持っています。この論文では、カチオン性セルロースエーテルを乾式法で合成し、そのレオロジー挙動を研究しました。

1. 実験部分

1.1 材料と試薬

ヒドロキシエチルセルロース（HEC工業製品、分子置換度DSは1.8～2.0）。カチオン化試薬 N-(2,3-エポキシプロピル)トリメチルアンモニウムクロリド (GTA)、エポキシクロリドから調製 プロパンとトリメチルアミンは、特定の条件下で自作されます。自作のアルカリ触媒。エタノールと氷酢酸は分析的に純粋です。 NaCl、KCl、CaCl2、および AlCl3 は化学的に純粋な試薬です。

1.2 第四級アンモニウムカチオン性セルロースの調製

５ｇのヒドロキシエチルセルロースと適量の自家製アルカリ触媒をスターラーを備えた円筒鋼シリンダーに加え、室温で２０分間撹拌する。次いで、一定量のＧＴＡを添加し、室温で３０分間撹拌を続け、一定の温度および時間で反応させると、実質的に に基づく固体の粗生成物が得られた。この粗生成物を適量の酢酸を含むエタノール溶液に浸漬し、濾過、洗浄し、真空乾燥して粉末状の第４級アンモニウムカチオン性セルロースを得る。

1.3 第四級アンモニウムカチオン性ヒドロキシエチルセルロースの窒素質量分率の測定

サンプル中の窒素の質量分率はケルダール法によって測定されました。

2. 乾式合成プロセスの実験設計と最適化

均一設計法を実験の設計に使用し,ヒドロキシエチルセルロース(HEC)に対するGTAの比,HECに対するNaOHの比,反応温度および反応時間が反応効率に及ぼす影響を調査した。

3. レオロジー特性の研究

3.1 濃度と回転数の影響

見掛け粘度に対するせん断速度の影響を考慮すると、HEC 例として、異なる濃度 Ds=0.11 では、せん断速度が 0.05 から 0.5 s-1 まで徐々に増加するにつれて、見かけの粘度が増加することがわかります。HEC 特に0.05～0.5s-1で溶液が減少し、見かけ粘度は160MPaから急激に低下·s～40MPa·s、せん断減粘性。HEC 水溶液は非ニュートンレオロジー特性を示しました。加えられたせん断応力の効果は、分散相の粒子間の相互作用力を減少させることです。特定の条件下では、力が大きくなるほど、見かけの粘度は大きくなります。

3%と4%の見掛け粘度からもわかります。HEC 異なるせん断速度での質量濃度がそれぞれ 3% と 4% である水溶液。溶液の見かけの粘度は、その粘度増加能力が濃度とともに増加することを示します。その理由は、溶液系で濃度が高くなると、主鎖の分子間の相互反発が大きくなるからです。HEC 分子鎖間の距離が増加し、見かけの粘度が増加します。

3.2 添加した塩の濃度の違いによる影響

の濃度HEC を 3% に固定し、溶液の粘度特性に対する塩 NaCl の添加の影響をさまざまなせん断速度で調査しました。

この結果から、添加塩濃度の増加とともに見かけの粘度が低下し、明らかな高分子電解質現象が見られることがわかります。これは、塩溶液中の Na+ の一部が塩基の陰イオンに結合しているためです。HEC サイドチェーン。塩溶液の濃度が高くなると、対イオンによるポリイオンの中和または遮蔽の程度が大きくなり、静電反発力が減少し、その結果、ポリイオンの電荷密度が減少します。 、ポリマー鎖が縮んでカールし、見かけの濃度が低下します。

3.3 さまざまな添加塩の影響

これは、添加された 2 つの異なる塩、Nacl と CaCl2 が、粘度の見かけの粘度に及ぼす影響からわかります。HEC 溶液の見かけの粘度は添加塩の添加とともに減少し、同じせん断速度では、見かけの粘度は減少します。HEC CaCl2 溶液系の溶液 見かけの粘度は、CaCl2 溶液系の粘度よりも大幅に高くなります。HEC NaCl溶液系の溶液。その理由は、カルシウム塩は 2 価のイオンであり、高分子電解質側鎖の Cl- に結合しやすいためです。第四級アンモニウム基の組み合わせHEC Cl- が減少し、遮蔽が少なくなり、高分子鎖の電荷密度が高くなるため、高分子鎖の静電反発力が大きくなり、高分子鎖が伸びるため、見かけの粘度が高くなります。

4. 結論

高置換カチオン性セルロースの乾式調製は、操作が簡単で、反応効率が高く、汚染が少ない理想的な調製方法であり、溶媒の使用による高エネルギー消費、環境汚染、毒性を回避できます。

カチオン性セルロースエーテルの溶液は非ニュートン流体の特性を示し、ずり減粘の特性を持っています。溶液の質量濃度が増加すると、見かけの粘度が増加します。一定濃度の食塩水の中で、HEC 見かけの粘度は増減とともに増加します。同じせん断速度の下で、見かけの粘度はHEC CaCl2溶液系では、HEC NaCl溶液系で。