კატიური ცელულოზის ეთერის ხსნარის თვისებები

მაღალი დატვირთვის სიმკვრივის კატიური ცელულოზის ეთერის (KG-30M) განზავებული ხსნარის თვისებები შეისწავლეს ლაზერული გაფანტვის ინსტრუმენტთან, ჰიდროდინამიკური რადიუსიდან (RH) სხვადასხვა კუთხით, ხოლო როტაციის ფესვის საშუალო კვადრატული რადიუსი RG– ს თანაფარდობა RH– სთან მიუთითებს, რომ მისი ფორმა არარეგულარულია, მაგრამ სფერულთან ახლოს. შემდეგ, რევომეტრის დახმარებით, დეტალურად იქნა შესწავლილი კატიური ცელულოზის ეთერების სამი კონცენტრირებული ხსნარი, რომელთაც განიხილეს კონცენტრაციის, pH მნიშვნელობის და საკუთარი დატენვის სიმკვრივის გავლენა მის რევოლოგიურ თვისებებზე. როგორც კონცენტრაცია გაიზარდა, ნიუტონის ექსპონენტი პირველად შემცირდა და შემდეგ შემცირდა. ცვალებადობა ან თუნდაც მოხმარება ხდება, ხოლო თიქსოტროპული ქცევა ხდება 3% -ით (მასობრივი ფრაქცია). ზომიერი დატენვის სიმკვრივე სასარგებლოა უფრო მაღალი ნულოვანი სიბლანტის მისაღებად, ხოლო pH– ს მცირე გავლენა აქვს მის სიბლანტზე.

საკვანძო სიტყვები:კატიური ცელულოზის ეთერი; მორფოლოგია; ნულოვანი გაჭედვის სიბლანტე; რევოლოგია

ცელულოზის წარმოებულები და მათი მოდიფიცირებული ფუნქციური პოლიმერები ფართოდ იქნა გამოყენებული ფიზიოლოგიური და სანიტარული პროდუქტების, პეტროქიმიკატების, მედიცინის, საკვების, პირადი მოვლის საშუალებების, შეფუთვის და ა.შ., წყალგაუმტარი კაიონური ცელულოზის ეთერის (CCE). უნარი, იგი ფართოდ გამოიყენება ყოველდღიურ ქიმიკატებში, განსაკუთრებით შამპუნებში და შეუძლია გააუმჯობესოს თმის კომბინაცია შამპუნის შემდეგ. ამავე დროს, მისი კარგი თავსებადობის გამო, იგი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორში ერთ და ერთში ერთ შამპუნებში. მას ასევე აქვს კარგი განაცხადის პერსპექტივა და მიიპყრო სხვადასხვა ქვეყნის ყურადღება. ლიტერატურაში გავრცელდა ინფორმაცია, რომ ცელულოზის წარმოებული გადაწყვეტილებები ავლენს ქცევას, როგორიცაა ნიუტონის სითხე, ფსევდოპლასტიკური სითხე, თიქსოტროპული სითხე და ვიზკოელასტიკური სითხე კონცენტრაციის მატებასთან ერთად კვლევის ანგარიშები. ეს ნაშრომი ეხება მეოთხეული ამონიუმის მოდიფიცირებული ცელულოზის წყალხსნარის რევოლოგიურ ქცევას, რათა მიუთითოთ მითითება პრაქტიკული გამოყენებისთვის.

1. ექსპერიმენტული ნაწილი

1.1 ნედლეული

კატიური ცელულოზის ეთერი (KG-30M, JR-30M, LR-30M); Canada Dow Chemical Company პროდუქტი, რომელიც უზრუნველყოფს Procter & Gamble Company Kobe R&D Center- ს იაპონიაში, იზომება Vario El Elemental Analyzer- ის მიერ (გერმანული ელემენტარული კომპანია), ნიმუშით აზოტის შინაარსი არის 2.7%, 1.8%, 1.0%(მუხტის სიმკვრივე არის 1.9 meq/g, 1.25 meq/g, 0.7 meq/g შესაბამისად), და იგი ტესტირება ხდება გერმანული ALV-5000E ლაზერული მსუბუქი გაფანტვის ინსტრუმენტით (LLS) გაზომილია მისი წონის საშუალო მოლეკულური წონა დაახლოებით 1.64×106 გ/მოლი.

1.2 გადაწყვეტის მომზადება

ნიმუში გაწმენდილი იქნა ფილტრაციის, დიალიზის და გაყინვის გაშრობის გზით. შეიტანეთ სერია სამი რაოდენობრივი ნიმუშის შესაბამისად და დაამატეთ სტანდარტული ბუფერული ხსნარი pH 4.00, 6.86, 9.18 -ით, საჭირო კონცენტრაციის მოსამზადებლად. იმის უზრუნველსაყოფად, რომ ნიმუშები სრულად დაიშალა, ყველა ნიმუშის ხსნარი მოთავსდა მაგნიტურ აჟიოტაჟზე ტესტირებამდე 48 საათის განმავლობაში.

1.3 სინათლის გაფანტვის გაზომვა

გამოიყენეთ LLS, რათა გაზომოთ ნიმუშის წონის საშუალო წონის წონა განზავებული წყალხსნარში, ჰიდროდინამიკური რადიუსი და როტაციის ფესვის საშუალო კვადრატული რადიუსი წყლის ხსნარი მისი თანაფარდობის სტატუსით.

1.4 სიბლანტის გაზომვა და რევოლოგიური გამოძიება

კონცენტრირებული CCE ხსნარი შეისწავლეს Brookfield RVDV-III+ Rheometer- ით და გამოიკვლიეს კონცენტრაციის გავლენა, დატენვის სიმკვრივე და pH- ის მნიშვნელობა რევოლოგიურ თვისებებზე, როგორიცაა ნიმუშის სიბლანტე. უფრო მაღალი კონცენტრაციით, აუცილებელია მისი თიქსოტროპიის გამოკვლევა.

2. შედეგები და დისკუსია

2.1 კვლევა სინათლის გაფანტვის შესახებ

მისი განსაკუთრებული მოლეკულური სტრუქტურის გამო, ძნელია არსებობა ერთი მოლეკულის სახით, თუნდაც კარგ გამხსნელში, მაგრამ გარკვეული სტაბილური მიკელის, მტევნების ან ასოციაციების სახით.

როდესაც CCE- ს განზავებული წყლის ხსნარი (~ O.1%) დაფიქსირდა პოლარიზებული მიკროსკოპით, შავი ჯვრის ორთოგონალური ველის ფონზე, გამოჩნდა "ვარსკვლავი" ნათელი ლაქები და ნათელი ბარები. იგი შემდგომში ხასიათდება მსუბუქი გაფანტვით, დინამიური ჰიდროდინამიკური რადიუსით სხვადასხვა pH- ით და კუთხეებით, როტაციის ფესვის საშუალო კვადრატული რადიუსი და კენკრის დიაგრამიდან მიღებული მეორე ვილის კოეფიციენტი მოცემულია ჩანართში. 1. ჰიდროდინამიკური რადიუსის ფუნქციის განაწილების გრაფიკი, რომელიც მიღებულია 10-5 კონცენტრაციით, ძირითადად არის ერთი მწვერვალი, მაგრამ განაწილება ძალიან ფართოა (ნახ. 1), რაც იმაზე მიუთითებს, რომ სისტემაში არსებობს მოლეკულური დონის ასოციაციები და დიდი აგრეგატები სისტემაში ; არის ცვლილებები, ხოლო RG/RB მნიშვნელობები დაახლოებით 0.775 -ზეა, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ ხსნარის CCE- ს ფორმა ახლოსაა სფერულთან, მაგრამ არა საკმარისად რეგულარული. PH– ის მოქმედება RB და RG– ზე აშკარა არ არის. ბუფერული ხსნარის საწინააღმდეგო კონტრაქტი ურთიერთქმედებს CCE– სთან, რომ დაიცვას მუხტი მის გვერდითი ჯაჭვზე და გახადოს იგი, მაგრამ განსხვავება განსხვავდება კონტრშეტევის ტიპთან. დატვირთული პოლიმერების მსუბუქი გაფანტვის გაზომვა მგრძნობიარეა გრძივი ძალის ურთიერთქმედებისა და გარე ჩარევის მიმართ, ამიტომ LLS დახასიათებაში არსებობს გარკვეული შეცდომები და შეზღუდვები. როდესაც მასობრივი ფრაქცია აღემატება 0.02%-ს, RH განაწილების დიაგრამაში ძირითადად განუყოფელი ორმაგი მწვერვალები ან თუნდაც მრავალჯერადი მწვერვალია. როგორც კონცენტრაცია იზრდება, RH ასევე იზრდება, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ მეტი მაკრომოლეკულები ასოცირდება ან თუნდაც აგრეგატირებულია. როდესაც კაო და სხვ. გამოყენებული მსუბუქი გაფანტვა კარბოქსიმეთილის ცელულოზისა და ზედაპირული აქტიური მაკრომერების კოპოლიმერის შესასწავლად, ასევე იყო განუყოფელი ორმაგი მწვერვალები, რომელთაგან ერთი იყო 30 ნმ და 100 ნმ-მ დიდი, რომელიც ითვლება აგრეგატად, რაც მსგავსია ამ ნაშრომში განსაზღვრული შედეგების შესახებ.

2.2 კვლევა რევოლოგიური ქცევის შესახებ

2.2.1 კონცენტრაციის ეფექტი:გაზომეთ KG-30M გადაწყვეტილებების აშკარა სიბლანტე სხვადასხვა კონცენტრაციით სხვადასხვა გამჭვირვალე კურსით, ხოლო ოსტვალდ-დუეელის მიერ შემოთავაზებული ენერგიის კანონის განტოლების ლოგარითმული ფორმის მიხედვით, როდესაც მასობრივი ფრაქცია არ აღემატება 0.7% -ს, და სწორი ხაზების სერია წრფივი კორელაციის კოეფიციენტებით მიიღეს 0.99 -ზე მეტი. და როგორც კონცენტრაცია იზრდება, ნიუტონის ექსპონენტის N- ის მნიშვნელობა მცირდება (ყველა 1 -ზე ნაკლები), რაც აშკარა ფსევდოპლასტიკური სითხეა. გაჭედვის ძალით გამოწვეული, მაკრომოლეკულური ჯაჭვები იწყებენ დაუსაბუთებლად და ორიენტირებას, ამიტომ სიბლანტე მცირდება. როდესაც მასობრივი ფრაქცია აღემატება 0.7%-ს, მიღებული სწორი ხაზის ხაზოვანი კორელაციის კოეფიციენტი მცირდება (დაახლოებით 0.98), ხოლო N იწყებს ცვალებადობას ან თუნდაც ამაღლებას კონცენტრაციის მატებასთან ერთად; როდესაც მასობრივი ფრაქცია 3% -ს აღწევს (ნახ. 2), ცხრილი აშკარა სიბლანტე პირველ რიგში იზრდება და შემდეგ მცირდება გაჭედვის სიჩქარის მატებასთან ერთად. ფენომენების ეს სერია განსხვავდება სხვა ანიონური და კატიური პოლიმერული ხსნარების შესახებ. N ღირებულება იზრდება, ანუ არა-ნიუტონის საკუთრება დასუსტებულია; ნიუტონის სითხე არის ბლანტი სითხე, ხოლო ინტერმოლეკულური დაშლა ხდება სიმსუბუქის სტრესის მოქმედების ქვეშ, და მისი ამოღება შეუძლებელია; არა-ნიუტონიური სითხე შეიცავს აღდგენილ ელასტიურ ნაწილს და გაუგებარ ბლანტი ნაწილს. გაჭედვის სტრესის მოქმედების პირობებში, მოლეკულებს შორის შეუქცევადი დარტყმა ხდება და ამავე დროს, რადგან მაკრომოლეკულები გადაჭიმულია და ორიენტირებულია მოჭრილზე, იქმნება ანაზღაურებადი ელასტიური ნაწილი. როდესაც გარე ძალა ამოღებულია, მაკრომოლეკულები ტენდენციურად უბრუნებენ თავდაპირველ ტალღოვან ფორმას, ამიტომ N- ის მნიშვნელობა იზრდება. კონცენტრაცია კვლავ იზრდება ქსელის სტრუქტურის შესაქმნელად. როდესაც გაჭედვის სტრესი მცირეა, ის არ განადგურდება და მხოლოდ ელასტიური დეფორმაცია მოხდება. ამ დროს, ელასტიურობა შედარებით გაძლიერდება, სიბლანტე დასუსტდება და N- ის მნიშვნელობა შემცირდება; მიუხედავად იმისა, რომ გაჭედვის სტრესი თანდათან იზრდება გაზომვის პროცესის დროს, ასე რომ n მნიშვნელობა ცვალებადია. როდესაც მასობრივი ფრაქცია 3%-ს აღწევს, აშკარა სიბლანტე პირველ რიგში იზრდება და შემდეგ მცირდება, რადგან მცირე ზომის გარსი ხელს უწყობს მაკრომოლეკულების შეჯახებას დიდი აგრეგატების შესაქმნელად, ამიტომ სიბლანტე იზრდება, ხოლო გარსის სტრესი აგრძელებს აგრეგატების დაშლას. , სიბლანტე კვლავ შემცირდება.

თიქსოტროპიის გამოძიებისას, დააყენეთ სიჩქარე (R/წთ), რომ მიაღწიოთ სასურველ Y- ს, გაზარდეთ სიჩქარე რეგულარულად ინტერვალებით, სანამ არ მიაღწევს მითითებულ მნიშვნელობას, შემდეგ კი სწრაფად ჩამოაგდეს მაქსიმალური სიჩქარედან საწყის მნიშვნელობამდე, რომ მიიღოთ შესაბამისი გაჭედვის სტრესი, მისი ურთიერთობა გაჭედვის სიჩქარესთან არის ნაჩვენები ნახ .3. როდესაც მასობრივი ფრაქცია ნაკლებია 2.5%-ზე, აღმავალი მრუდი და დაღმავალი მრუდი მთლიანად გადახურულია, მაგრამ როდესაც მასის ფრაქცია 3%-ს შეადგენს, ორი სტრიქონი არა უფრო გრძელი გადახურვა და დაღმავალი ხაზი ჩამორჩება, რაც მიუთითებს თიქსოტროპიაზე.

სიმსუბუქის სტრესის დრო დამოკიდებულება ცნობილია, როგორც რევოლოგიური წინააღმდეგობა. რევოლოგიური წინააღმდეგობა არის ვისკოელასტიკური სითხეებისა და სითხეების დამახასიათებელი ქცევა თიქოტროპული სტრუქტურებით. აღმოჩენილია, რომ უფრო დიდი y არის იგივე მასობრივი ფრაქცია, უფრო სწრაფი R აღწევს წონასწორობას, ხოლო დროის დამოკიდებულება უფრო მცირეა; ქვედა მასის ფრაქციის დროს (<2%), CCE არ აჩვენებს რევოლოგიურ წინააღმდეგობას. როდესაც მასობრივი ფრაქცია იზრდება 2.5%-მდე, ის აჩვენებს ძლიერ დროზე დამოკიდებულებას (ნახ. 4), და წონასწორობის მიღწევას დაახლოებით 10 წუთი სჭირდება, ხოლო 3.0%-ზე, წონასწორობის დრო 50 წუთი სჭირდება. სისტემის კარგმა თიქსოტროპიამ ხელი შეუწყო პრაქტიკულ გამოყენებას.

2.2.2 დატენვის სიმკვრივის ეფექტი:შერჩეულია სპენსერ-დილონის ემპირიული ფორმულის ლოგარითმული ფორმა, რომელშიც ნულოვანი მოჭრილი სიბლანტე, B მუდმივია იმავე კონცენტრაციასა და განსხვავებულ ტემპერატურაზე და იზრდება კონცენტრაციის მატებასთან ერთად იმავე ტემპერატურაზე. 1966 წელს ონოგის მიერ მიღებული ძალაუფლების კანონის განტოლების თანახმად, M არის პოლიმერის ფარდობითი მოლეკულური მასა, A და B არის მუდმივი, ხოლო C არის მასობრივი ფრაქცია (%). ლეღვი．5 სამ მრუდს აქვს აშკარა ინფლაციის წერტილები 0.6%-ით, ანუ კრიტიკული მასობრივი ფრაქცია. 0.6%-ზე მეტი, ნულოვანი ხახვის სიბლანტე სწრაფად იზრდება კონცენტრაციის გაზრდით C. სამი ნიმუშის მოსახვევებში სხვადასხვა დატვირთვის სიმკვრივით ძალიან ახლოს არის. ამის საპირისპიროდ, როდესაც მასობრივი ფრაქცია 0.2% -მდე და 0.8% -ს შორისაა, LR ნიმუშის ნულოვანი სიბლანტე ყველაზე მცირე დატენვის სიმჭიდროვეს ყველაზე დიდია, რადგან წყალბადის ობლიგაციების ასოციაცია მოითხოვს გარკვეულ კონტაქტს. ამრიგად, მუხტის სიმკვრივე მჭიდრო კავშირშია, შესაძლებელია თუ არა მაკრომოლეკების მოწყობა მოწესრიგებული და კომპაქტური გზით; DSC ტესტირების საშუალებით დადგინდა, რომ LR– ს აქვს სუსტი კრისტალიზაციის მწვერვალი, რაც მიუთითებს შესაფერისი მუხტის სიმკვრივეზე, ხოლო ნულოვანი სიბლანტე უფრო მაღალია იმავე კონცენტრაციაზე. როდესაც მასობრივი ფრაქცია 0.2%-ზე ნაკლებია, LR ყველაზე მცირეა, რადგან განზავებული ხსნარში, დაბალი დატვირთვის სიმკვრივის მქონე მაკრომოლეკულები უფრო სავარაუდოა, რომ ქმნიან კოჭის ორიენტაციას, ამიტომ ნულოვანი ხახვის სიბლანტე დაბალია. ამას კარგი სახელმძღვანელო მნიშვნელობა აქვს შესრულების გასქელება.

2.2.3 pH ეფექტი: სურათი 6 არის შედეგი, რომელიც იზომება სხვადასხვა pH- ში, 0.05% -დან 2.5% მასის ფრაქციის ფარგლებში. არსებობს inflection წერტილი 0.45%-ით, მაგრამ სამი მრუდი თითქმის გადახურულია, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ pH- ს აშკარა გავლენა არ აქვს ნულოვანი სიბლანტის სიბლანტზე, რაც საკმაოდ განსხვავდება ანიონური ცელულოზის ეთერის მგრძნობელობისგან pH- მდე.

3. დასკვნა

KG-30M განზავებული წყლის ხსნარი შესწავლილია LLS– ით, ხოლო მიღებული ჰიდროდინამიკური რადიუსის განაწილება არის ერთი მწვერვალი. კუთხის დამოკიდებულებიდან და RG/RB თანაფარდობიდან შეიძლება დადგინდეს, რომ მისი ფორმა ახლოსაა სფერულთან, მაგრამ არა საკმარისად რეგულარულად. CCE ხსნარებისთვის, რომელსაც აქვს სამი დატენვის სიმკვრივე, სიბლანტე იზრდება კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, მაგრამ ნიუტონის სანადირო რიცხვი n პირველად მცირდება, შემდეგ იცვლება და იზრდება; pH– ს მცირე გავლენა აქვს სიბლანტეზე, ხოლო ზომიერი დატენვის სიმკვრივე შეუძლია უფრო მაღალი სიბლანტის მოპოვება.