შემცვლელების და მოლეკულური წონის ზემოქმედება არაიონური ცელულოზის ეთერის ზედაპირულ თვისებებზე

Washburn-ის გაჟღენთვის თეორიის (შეღწევადობის თეორია) და ვან ოს-გუდ-ჩაუდჰურის კომბინაციის თეორიის (კომბინირების თეორია) და სვეტოვანი ფიტილის ტექნოლოგიის გამოყენების (Column Wicking Technique) მიხედვით, რამდენიმე არაიონური ცელულოზის ეთერი, როგორიცაა მეთილის ცელულოზა. შემოწმებული იყო ცელულოზა, ჰიდროქსიპროპილ ცელულოზა და ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა. განსხვავებული შემცვლელების გამო, ამ ცელულოზის ეთერების ჩანაცვლების ხარისხი და მოლეკულური წონა, მათი ზედაპირული ენერგია და მათი კომპონენტები მნიშვნელოვნად განსხვავდება. მონაცემები აჩვენებს, რომ არაიონური ცელულოზის ეთერის ლუისის ფუძე უფრო დიდია ვიდრე ლუისის მჟავა და ზედაპირის თავისუფალი ენერგიის მთავარი კომპონენტია ლიფშიც-ვან დერ ვაალსის ძალა. ჰიდროქსიპროპილის ზედაპირის ენერგია და მისი შემადგენლობა უფრო მეტია, ვიდრე ჰიდროქსიმეთილის. იგივე შემცვლელის და ჩანაცვლების ხარისხის პირობებში, ჰიდროქსიპროპილ ცელულოზის ზედაპირის თავისუფალი ენერგია პროპორციულია მოლეკულური წონისა; ხოლო ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ზედაპირის თავისუფალი ენერგია ჩანაცვლების ხარისხის პროპორციულია და მოლეკულური წონის უკუპროპორციულია. ექსპერიმენტმა ასევე დაადგინა, რომ შემცვლელი ჰიდროქსიპროპილისა და ჰიდროქსიპროპილმეთილის ზედაპირული ენერგია არაიონურ ცელულოზის ეთერში, როგორც ჩანს, მეტია ცელულოზის ზედაპირულ ენერგიაზე, და ექსპერიმენტი ადასტურებს, რომ შემოწმებული ცელულოზის ზედაპირული ენერგია და მისი შემადგენლობა. შეესაბამება ლიტერატურას.

საკვანძო სიტყვები: არაიონური ცელულოზის ეთერები; შემცვლელები და ჩანაცვლების ხარისხი; მოლეკულური წონა; ზედაპირის თვისებები; ფიტილის ტექნოლოგია

ცელულოზის ეთერი არის ცელულოზის წარმოებულების დიდი კატეგორია, რომელიც შეიძლება დაიყოს ანიონურ, კატიონურ და არაიონურ ეთერებად მათი ეთერის შემცვლელების ქიმიური სტრუქტურის მიხედვით. ცელულოზის ეთერი ასევე არის ერთ-ერთი ყველაზე ადრეული პროდუქტი, რომელიც გამოკვლეულია და წარმოებულია პოლიმერულ ქიმიაში. აქამდე ცელულოზის ეთერი ფართოდ გამოიყენებოდა მედიცინაში, ჰიგიენაში, კოსმეტიკასა და კვების მრეწველობაში.

მიუხედავად იმისა, რომ ცელულოზის ეთერები, როგორიცაა ჰიდროქსიმეთილცელულოზა, ჰიდროქსიპროპილმეთილცელულოზა და ჰიდროქსიპროპილმეთილცელულოზა, წარმოებულია ინდუსტრიულად და მათი მრავალი თვისებაა შესწავლილი, მათი ზედაპირის ენერგია, მჟავა ტუტე-რეაქტიული თვისებები ჯერჯერობით არ არის მოხსენებული. ვინაიდან ამ პროდუქტების უმეტესობა გამოიყენება თხევად გარემოში და ზედაპირის მახასიათებლები, განსაკუთრებით მჟავა-ტუტოვანი რეაქციის მახასიათებლები, სავარაუდოდ გავლენას მოახდენს მათ გამოყენებაზე, ძალიან აუცილებელია ამ კომერციული ცელულოზის ეთერის ზედაპირის ქიმიური მახასიათებლების შესწავლა და გაგება.

იმის გათვალისწინებით, რომ ცელულოზის წარმოებულების ნიმუშები ძალიან ადვილად იცვლება მომზადების პირობების ცვლილებით, ეს ნაშრომი იყენებს კომერციულ პროდუქტებს, როგორც ნიმუშებს მათი ზედაპირის ენერგიის დასახასიათებლად და ამის საფუძველზე, შემცვლელების და ასეთი პროდუქტების მოლეკულური წონის გავლენა ზედაპირზე. თვისებები შესწავლილია.

1. ექსპერიმენტული ნაწილი

1.1 ნედლეული

ექსპერიმენტში გამოყენებული არაიონური ცელულოზის ეთერი არის პროდუქტიKIMA CHEMICAL CO., LTD,. ნიმუშები ტესტირებამდე არ ექვემდებარებოდა მკურნალობას.

იმის გათვალისწინებით, რომ ცელულოზის წარმოებულები დამზადებულია ცელულოზისგან, ეს ორი სტრუქტურა ახლოსაა და ცელულოზის ზედაპირული თვისებები მოხსენებულია ლიტერატურაში, ამიტომ ეს ნაშრომი იყენებს ცელულოზას, როგორც სტანდარტულ ნიმუშს. გამოყენებული ცელულოზის ნიმუში იყო კოდირებული C8002 და შეძენილი იყოკიმა, CN. ტესტის დროს ნიმუში არ ექვემდებარებოდა რაიმე დამუშავებას.

ექსპერიმენტში გამოყენებული რეაგენტებია: ეთანი, დიოდომეთანი, დეიონირებული წყალი, ფორმამიდი, ტოლუოლი, ქლოროფორმი. ყველა სითხე იყო ანალიტიკურად სუფთა პროდუქტი, გარდა წყლისა, რომელიც კომერციულად ხელმისაწვდომი იყო.

1.2 ექსპერიმენტული მეთოდი

ამ ექსპერიმენტში გამოყენებული იქნა სვეტის ამოღების ტექნიკა და სტანდარტული პიპეტის მონაკვეთი (დაახლოებით 10 სმ), რომლის შიდა დიამეტრი 3 მმ იყო, სვეტის მილის სახით დაიჭრა. ყოველ ჯერზე ჩადეთ 200 მგ დაფხვნილი ნიმუში სვეტის მილში, შემდეგ შეანჯღრიეთ ისე, რომ თანაბრად იქცეს და ვერტიკალურად მოათავსეთ შუშის ჭურჭლის ძირზე, დაახლოებით 3 სმ შიდა დიამეტრით, რათა სითხე სპონტანურად შეიწოვოს. აწონეთ 1 მლ შესამოწმებელი სითხე და ჩადეთ მინის ჭურჭელში და ჩაწერეთ ჩაძირვის დრო t და ჩაძირვის მანძილი X ერთდროულად. ყველა ექსპერიმენტი ჩატარდა ოთახის ტემპერატურაზე (25±1°გ). თითოეული მონაცემი არის სამი განმეორებითი ექსპერიმენტის საშუალო მაჩვენებელი.

1.3 ექსპერიმენტული მონაცემების გაანგარიშება

ფხვნილის მასალების ზედაპირის ენერგიის შესამოწმებლად სვეტის ამოღების ტექნიკის გამოყენების თეორიული საფუძველია Washburn-ის გაჟღენთის განტოლება (Washburn penetration equation).

1.3.1 გაზომილი ნიმუშის კაპილარული ეფექტური რადიუსის განსაზღვრა

Washburn-ის ჩაძირვის ფორმულის გამოყენებისას სრული დასველების მიღწევის პირობაა cos=1. ეს ნიშნავს, რომ როდესაც სითხე შეირჩევა მყარში ჩაძირვისთვის, რათა მივაღწიოთ სრულად სველ მდგომარეობას, ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ გაზომილი ნიმუშის კაპილარული ეფექტური რადიუსი Reff ჩაძირვის მანძილისა და დროის ტესტირებით Washburn-ის ჩაძირვის ფორმულის სპეციალური შემთხვევის მიხედვით.

1.3.2 ლიფშიც-ვან დერ ვაალსის ძალის გამოთვლა გაზომილი ნიმუშისთვის

ვან ოს-ჩაუდჰური-გუდის გაერთიანების წესების მიხედვით, სითხეებსა და მყარ სხეულებს შორის რეაქციებს შორის ურთიერთობა.

1.3.3 გაზომილი ნიმუშების ლუისის მჟავა-ტუტოვანი ძალის გამოთვლა

ზოგადად, მყარი ნივთიერებების მჟავა-ტუტოვანი თვისებები შეფასებულია წყლით და ფორმამიდით გაჟღენთილი მონაცემებით. მაგრამ ამ სტატიაში აღმოვაჩინეთ, რომ ცელულოზის გასაზომად ამ წყვილი პოლარული სითხეების გამოყენებისას პრობლემა არ არის, მაგრამ ცელულოზის ეთერის ტესტში, რადგან წყლის/ფორმამიდის პოლარული ხსნარის სისტემის ჩაძირვის სიმაღლე ცელულოზის ეთერში ძალიან დაბალია. , რაც ძალიან ართულებს დროის ჩაწერას. ამიტომ შეირჩა ჩიბოვსკის მიერ დანერგილი ტოლუოლის/ქლოროფორმის ხსნარის სისტემა. ჩიბოვსკის თქმით, ტოლუოლის/ქლოროფორმის პოლარული ხსნარის სისტემა ასევე არის ვარიანტი. ეს იმიტომ ხდება, რომ ამ ორ სითხეს აქვს განსაკუთრებული მჟავიანობა და ტუტე, მაგალითად, ტოლუენს არ აქვს ლუისის მჟავიანობა, ხოლო ქლოროფორმს არ აქვს ლუისის ტუტე. იმისათვის, რომ ტოლუოლის/ქლოროფორმის ხსნარის სისტემის მიერ მიღებული მონაცემები მივუახლოვდეთ წყლის/ფორმამიდის რეკომენდებულ პოლარული ხსნარის სისტემას, ჩვენ ვიყენებთ ამ ორ პოლარული სითხის სისტემას ერთდროულად ცელულოზის შესამოწმებლად და შემდეგ ვიღებთ შესაბამის გაფართოების ან შეკუმშვის კოეფიციენტებს. გამოყენებამდე ცელულოზის ეთერის ტოლუოლით/ქლოროფორმით გაჟღენთვით მიღებული მონაცემები ახლოსაა წყლის/ფორმამიდის სისტემისთვის მიღებულ დასკვნებთან. ვინაიდან ცელულოზის ეთერები ცელულოზისგან არის მიღებული და მათ შორის ძალიან მსგავსი სტრუქტურაა, შეფასების ეს მეთოდი შეიძლება იყოს მართებული.

1.3.4 მთლიანი ზედაპირის თავისუფალი ენერგიის გამოთვლა

2. შედეგები და დისკუსია

2.1 ცელულოზის სტანდარტი

ვინაიდან ჩვენმა ტესტის შედეგებმა ცელულოზის სტანდარტულ ნიმუშებზე დაადგინა, რომ ეს მონაცემები კარგად ემთხვევა ლიტერატურაში მოხსენებულ მონაცემებს, გონივრული იქნება ვიფიქროთ, რომ ცელულოზის ეთერებზე ტესტის შედეგები ასევე გასათვალისწინებელია.

2.2 ტესტის შედეგები და ცელულოზის ეთერის განხილვა

ცელულოზის ეთერის გამოცდის დროს ძალიან რთულია ჩაძირვის მანძილისა და დროის დაფიქსირება წყლისა და ფორმამიდის ჩაძირვის ძალიან დაბალი სიმაღლის გამო. ამიტომ, ეს ნაშრომი ირჩევს ტოლუოლის/ქლოროფორმის ხსნარის სისტემას, როგორც ალტერნატიულ ხსნარს და აფასებს ცელულოზის ეთერის ლუისის მჟავიანობას ცელულოზაზე წყლის/ფორმამიდის და ტოლუოლის/ქლოროფორმის ტესტის შედეგებზე და ხსნარის ორ სისტემას შორის პროპორციულ ურთიერთობაზე დაყრდნობით. და ტუტე ძალა.

ცელულოზის, როგორც სტანდარტული ნიმუშის აღებისას, მოცემულია ცელულოზის ეთერების მჟავა-ტუტოვანი მახასიათებლების სერია. ვინაიდან ცელულოზის ეთერის ტოლუოლით/ქლოროფორმით გაჟღენთის შედეგი პირდაპირ ტესტირებაა, ის დამაჯერებელია.

ეს ნიშნავს, რომ შემცვლელების ტიპი და მოლეკულური წონა გავლენას ახდენს ცელულოზის ეთერის მჟავა-ტუტოვან თვისებებზე და ორ შემცვლელს, ჰიდროქსიპროპილსა და ჰიდროქსიპროპილმეთილს შორის ურთიერთობაზე ცელულოზის ეთერის მჟავა-ტუტოვან თვისებებზე და მოლეკულურ წონაზე სრულიად საპირისპირო. მაგრამ ეს ასევე შეიძლება დაკავშირებული იყოს იმ ფაქტთან, რომ დეპუტატები შერეული შემცვლელები არიან.

ვინაიდან MO43-ისა და K8913-ის შემცვლელები განსხვავებულია და აქვთ ერთი და იგივე მოლეკულური წონა, მაგალითად, პირველის შემცვლელი არის ჰიდროქსიმეთილი, ხოლო მეორეს შემცვლელი არის ჰიდროქსიპროპილი, მაგრამ ორივეს მოლეკულური წონა არის 100,000, ეს ასევე ნიშნავს, რომ ერთი და იგივე მოლეკულური წონის ნაგებობა მოცემულ ვითარებაში, ჰიდროქსიმეთილის ჯგუფის S+ და S- შეიძლება იყოს უფრო მცირე ვიდრე ჰიდროქსიპროპილის ჯგუფი. მაგრამ ჩანაცვლების ხარისხი ასევე შესაძლებელია, რადგან K8913-ის ჩანაცვლების ხარისხი არის დაახლოებით 3.00, ხოლო MO43-ის მხოლოდ 1.90.

ვინაიდან K8913-ისა და K9113-ის ჩანაცვლების ხარისხი და შემცვლელები იგივეა, მაგრამ მხოლოდ მოლეკულური წონაა განსხვავებული, ამ ორს შორის შედარება აჩვენებს, რომ ჰიდროქსიპროპილ ცელულოზის S+ მცირდება მოლეკულური წონის მატებასთან ერთად, მაგრამ S- იზრდება პირიქით. .

ყველა ცელულოზის ეთერის და მათი კომპონენტების ზედაპირული ენერგიის ტესტის შედეგების შეჯამებიდან ჩანს, რომ იქნება ეს ცელულოზა თუ ცელულოზის ეთერი, მათი ზედაპირის ენერგიის მთავარი კომპონენტია ლიფშიც-ვან დერ ვაალსის ძალა, რომელიც ითვალისწინებს დაახლოებით 98%-99%. უფრო მეტიც, ამ არაიონური ცელულოზის ეთერების ლიფშიც-ვან დერ ვაალსის ძალები (გარდა MO43) ასევე უმეტესად მეტია ცელულოზისზე, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ცელულოზის ეთერიფიკაციის პროცესი ასევე არის ლიფშიც-ვან დერ ვაალსის ძალების გაზრდის პროცესი. და ეს მატება იწვევს ცელულოზის ეთერის ზედაპირის ენერგიას უფრო დიდი ვიდრე ცელულოზის. ეს ფენომენი ძალიან საინტერესოა, რადგან ეს ცელულოზის ეთერები ჩვეულებრივ გამოიყენება ზედაპირული აქტიური ნივთიერებების წარმოებაში. მაგრამ მონაცემები საყურადღებოა, არა მხოლოდ იმიტომ, რომ ამ ექსპერიმენტში შემოწმებული საცნობარო სტანდარტული ნიმუშის შესახებ მონაცემები უკიდურესად შეესაბამება ლიტერატურაში მოხსენებულ მნიშვნელობას, საცნობარო სტანდარტული ნიმუშის მონაცემები უკიდურესად შეესაბამება ლიტერატურაში მოხსენებულ მნიშვნელობას, მაგალითად: ყველა ეს ცელულოზა ეთერების SAB საგრძნობლად უფრო მცირეა ვიდრე ცელულოზა და ეს განპირობებულია მათი ძალიან დიდი ლუისის ბაზებით. იგივე შემცვლელის და ჩანაცვლების ხარისხის პირობებში, ჰიდროქსიპროპილ ცელულოზის ზედაპირის თავისუფალი ენერგია პროპორციულია მოლეკულური წონისა; ხოლო ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ზედაპირის თავისუფალი ენერგია ჩანაცვლების ხარისხის პროპორციულია და მოლეკულური წონის უკუპროპორციულია.

გარდა ამისა, იმის გამო, რომ ცელულოზის ეთერებს აქვთ უფრო დიდი SLW ვიდრე ცელულოზა, მაგრამ ჩვენ უკვე ვიცით, რომ მათი დისპერსიულობა უკეთესია ვიდრე ცელულოზა, ამიტომ წინასწარ შეიძლება ჩაითვალოს, რომ არაიონური ცელულოზის ეთერების შემადგენელი SLW მთავარი კომპონენტი უნდა იყოს ლონდონის ძალა.

3. დასკვნა

კვლევებმა აჩვენა, რომ შემცვლელის ტიპი, ჩანაცვლების ხარისხი და მოლეკულური წონა დიდ გავლენას ახდენს არაიონური ცელულოზის ეთერის ზედაპირის ენერგიასა და შემადგენლობაზე. და ამ ეფექტს, როგორც ჩანს, აქვს შემდეგი რეგულარულობა:

(1) არაიონური ცელულოზის ეთერის S+ უფრო მცირეა ვიდრე S-.

(2) არაიონური ცელულოზის ეთერის ზედაპირულ ენერგიაზე დომინირებს ლიფშიც-ვან დერ ვაალსის ძალა.

(3) მოლეკულური წონა და შემცვლელები გავლენას ახდენენ არაიონური ცელულოზის ეთერების ზედაპირულ ენერგიაზე, მაგრამ ეს ძირითადად დამოკიდებულია შემცვლელების ტიპზე.

(4) იგივე შემცვლელის და ჩანაცვლების ხარისხის გათვალისწინებით, ჰიდროქსიპროპილ ცელულოზის ზედაპირის თავისუფალი ენერგია პროპორციულია მოლეკულური წონისა; ხოლო ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ზედაპირის თავისუფალი ენერგია ჩანაცვლების ხარისხის პროპორციულია და მოლეკულური წონის უკუპროპორციულია.

(5) ცელულოზის ეთერიფიკაციის პროცესი არის პროცესი, რომლის დროსაც ლიფშიც-ვან დერ ვაალსის ძალა იზრდება და ასევე არის პროცესი, როდესაც ლუისის მჟავიანობა მცირდება და ლუისის ტუტე იზრდება.