კათიონური ცელულოზის ეთერის ხსნარის თვისებები

მაღალი მუხტის სიმკვრივის კათიონური ცელულოზის ეთერის (KG-30M) განზავებული ხსნარის თვისებები pH-ის სხვადასხვა მნიშვნელობებზე შესწავლილი იყო ლაზერული გაფანტვის ხელსაწყოთი, ჰიდროდინამიკური რადიუსიდან (Rh) სხვადასხვა კუთხით და ბრუნვის ფესვის საშუალო კვადრატული რადიუსით. Rg თანაფარდობა Rh-სთან მიუთითებს, რომ მისი ფორმა არარეგულარულია, მაგრამ ახლოსაა სფერულთან. შემდეგ, რიომეტრის დახმარებით, დეტალურად იქნა შესწავლილი კათიონური ცელულოზის ეთერების სამი კონცენტრირებული ხსნარი სხვადასხვა მუხტის სიმკვრივით და განხილული იქნა კონცენტრაციის, pH სიდიდისა და საკუთარი მუხტის სიმკვრივის გავლენა მის რეოლოგიურ თვისებებზე. კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, ნიუტონის მაჩვენებელი ჯერ მცირდება და შემდეგ შემცირდა. ხდება რყევა ან თუნდაც მობრუნება და თიქსოტროპული ქცევა ვლინდება 3%-ზე (მასობრივი ფრაქცია). ზომიერი დატენვის სიმკვრივე სასარგებლოა უფრო მაღალი ნულოვანი ათვლის სიბლანტის მისაღებად და pH მცირე გავლენას ახდენს მის სიბლანტეზე.

საკვანძო სიტყვები:კათიონური ცელულოზის ეთერი; მორფოლოგია; ნულოვანი ათვლის სიბლანტე; რევოლოგია

ცელულოზის წარმოებულები და მათი მოდიფიცირებული ფუნქციური პოლიმერები ფართოდ გამოიყენება ფიზიოლოგიური და სანიტარული პროდუქტების, ნავთობქიმიკატების, მედიცინის, საკვების, პირადი მოვლის საშუალებების, შეფუთვაში და ა.შ. წყალში ხსნადი კათიონური ცელულოზის ეთერი (CCE) განპირობებულია მისი ძლიერი გასქელებით. უნარი, იგი ფართოდ გამოიყენება ყოველდღიურ ქიმიკატებში, განსაკუთრებით შამპუნებში და შეუძლია გააუმჯობესოს თმის სავარცხნი შამპუნის დაბანის შემდეგ. ამავდროულად, კარგი თავსებადობის გამო, ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორ-ერთში და ყველა-ერთში შამპუნებში. მას ასევე აქვს კარგი განაცხადის პერსპექტივა და მიიპყრო სხვადასხვა ქვეყნის ყურადღება. ლიტერატურაში მოხსენებულია, რომ ცელულოზის წარმოებული ხსნარები ავლენენ ისეთ ქცევებს, როგორიცაა ნიუტონის სითხე, ფსევდოპლასტიკური სითხე, თიქსოტროპული სითხე და ვისკოელასტიური სითხე კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, მაგრამ წყალხსნარში კატიონური ცელულოზის ეთერის მორფოლოგია, რევოლოგია და გავლენის ფაქტორები ცოტაა. კვლევის ანგარიშები. ეს ნაშრომი ფოკუსირებულია მეოთხეული ამონიუმის მოდიფიცირებული ცელულოზის წყალხსნარის რეოლოგიურ ქცევაზე, რათა უზრუნველყოს მითითება პრაქტიკული გამოყენებისთვის.

1. ექსპერიმენტული ნაწილი

1.1 ნედლეული

კათიონური ცელულოზის ეთერი (KG-30M, JR-30M, LR-30M); Canada Dow Chemical Company პროდუქტი, მოწოდებული Procter & Gamble Company Kobe R&D ცენტრის მიერ იაპონიაში, გაზომილი Vario EL ელემენტარული ანალიზატორით (გერმანული Elemental Company), ნიმუში აზოტის შემცველობა არის 2.7%, 1.8%, 1.0% შესაბამისად (დამუხტვის სიმკვრივე არის 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, 0.7 Meq/g შესაბამისად) და ის გამოცდილია გერმანული ALV-5000E ლაზერული სინათლის გაფანტვის ინსტრუმენტზე (LLS), გაზომილი მისი წონა საშუალო მოლეკულური წონაა დაახლოებით 1.64.×106 გ/მოლ.

1.2 ხსნარის მომზადება

ნიმუში გაიწმინდა ფილტრაციით, დიალიზით და გაყინვით გაშრობით. აწონეთ სამი რაოდენობრივი ნიმუშის სერია შესაბამისად და დაამატეთ სტანდარტული ბუფერული ხსნარი pH 4.00, 6.86, 9.18 საჭირო კონცენტრაციის მოსამზადებლად. ნიმუშების სრულად დაშლის უზრუნველსაყოფად, ყველა ნიმუშის ხსნარი ტესტირებამდე 48 საათის განმავლობაში მოთავსდა მაგნიტურ ამრევზე.

1.3 სინათლის გაფანტვის გაზომვა

გამოიყენეთ LLS ნიმუშის საშუალო წონის მოლეკულური წონის გასაზომად განზავებულ წყალხსნარში. წყალხსნარი მისი თანაფარდობის სტატუსით.

1.4 სიბლანტის გაზომვა და რეოლოგიური გამოკვლევა

კონცენტრირებული CCE ხსნარი შეისწავლეს Brookfield RVDV-III+ რევომეტრით და გამოკვლეული იყო კონცენტრაციის, მუხტის სიმკვრივისა და pH-ის გავლენა რეოლოგიურ თვისებებზე, როგორიცაა ნიმუშის სიბლანტე. უფრო მაღალ კონცენტრაციებში 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 მიცელების, კლასტერების ან ასოციაციების სახით.

როდესაც CCE-ის განზავებული წყალხსნარი (~o.1%) დაფიქსირდა პოლარიზებული მიკროსკოპით, შავი ჯვრის ორთოგონალური ველის ფონზე გამოჩნდა „ვარსკვლავური“ ნათელი ლაქები და კაშკაშა ზოლები. მას ასევე ახასიათებს სინათლის გაფანტვა, დინამიური ჰიდროდინამიკური რადიუსი სხვადასხვა pH-ზე და კუთხით, ბრუნვის ფესვის საშუალო კვადრატული რადიუსი და ბერის დიაგრამიდან მიღებული მეორე ვილის კოეფიციენტი ჩამოთვლილია Tab-ში. 1. 10-5 კონცენტრაციით მიღებული ჰიდროდინამიკური რადიუსის ფუნქციის განაწილების გრაფიკი ძირითადად არის ერთი პიკი, მაგრამ განაწილება ძალიან ფართოა (ნახ. 1), რაც მიუთითებს სისტემაში მოლეკულური დონის ასოციაციებისა და დიდი აგრეგატების არსებობაზე. ; არის ცვლილებები და Rg/Rb მნიშვნელობები არის დაახლოებით 0,775, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ CCE-ის ფორმა ხსნარში ახლოს არის სფერულთან, მაგრამ არა საკმარისად რეგულარული. pH-ის გავლენა Rb და Rg-ზე აშკარა არ არის. ბუფერულ ხსნარში კონტრ-იონი ურთიერთქმედებს CCE-თან, რათა დაიცვას მუხტი მის გვერდით ჯაჭვზე და შეკუმშოს, მაგრამ განსხვავება განსხვავდება კონტრაიონის ტიპის მიხედვით. დამუხტული პოლიმერების სინათლის გაფანტვის გაზომვა ექვემდებარება შორ მანძილზე ძალის ურთიერთქმედებას და გარე ჩარევას, ამიტომ არის გარკვეული შეცდომები და შეზღუდვები LLS დახასიათებაში. როდესაც მასის წილი 0,02%-ზე მეტია, Rh განაწილების დიაგრამაში ძირითადად არის განუყოფელი ორმაგი მწვერვალები ან თუნდაც მრავალი მწვერვალი. კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, Rh ასევე იზრდება, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ მეტი მაკრომოლეკულა ასოცირდება ან თუნდაც აგრეგირებული. როდესაც კაო და სხვ. გამოიყენა სინათლის გაფანტვა კარბოქსიმეთილცელულოზის კოპოლიმერისა და ზედაპირულად აქტიური მაკრომერების შესასწავლად, ასევე იყო განუყოფელი ორმაგი მწვერვალები, რომელთაგან ერთი იყო 30 ნმ-დან 100 ნმ-მდე, რომელიც წარმოადგენს მიცელების წარმოქმნას მოლეკულურ დონეზე, ხოლო მეორე პიკი Rh არის შედარებით. დიდი, რომელიც ითვლება აგრეგატად, რომელიც მსგავსია ამ ნაშრომში განსაზღვრული შედეგების.

2.2 კვლევა რეოლოგიური ქცევის შესახებ

2.2.1 კონცენტრაციის ეფექტი:გაზომეთ KG-30M ხსნარების აშკარა სიბლანტე სხვადასხვა კონცენტრაციით სხვადასხვა ათვლის სიჩქარით და ოსტვალდ-დევაელის მიერ შემოთავაზებული სიმძლავრის კანონის განტოლების ლოგარითმული ფორმის მიხედვით, როდესაც მასის წილი არ აღემატება 0,7%-ს და სწორი ხაზების სერიას. მიღებულ იქნა 0,99-ზე მეტი წრფივი კორელაციის კოეფიციენტებით. კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, ნიუტონის მაჩვენებლის n მნიშვნელობა მცირდება (ყველა 1-ზე ნაკლები), რაც აჩვენებს აშკარა ფსევდოპლასტიკური სითხეს. მაკრომოლეკულური ჯაჭვები ათვლის ძალით იწყებენ გახვევას და ორიენტირებას, ამიტომ სიბლანტე მცირდება. როდესაც მასური წილი 0,7%-ზე მეტია, მიღებული სწორი ხაზის წრფივი კორელაციის კოეფიციენტი მცირდება (დაახლოებით 0,98), ხოლო n კონცენტრაციის მატებასთან ერთად იწყებს რყევას ან თუნდაც მატებას; როდესაც მასის წილი აღწევს 3%-ს (ნახ. 2), ცხრილი მოჩვენებითი სიბლანტე ჯერ იზრდება და შემდეგ მცირდება ათვლის სიჩქარის მატებასთან ერთად. ფენომენების ეს სერია განსხვავდება სხვა ანიონური და კატიონური პოლიმერული ხსნარებისგან. n მნიშვნელობა იზრდება, ანუ სუსტდება არანიუტონის თვისება; ნიუტონის სითხე ბლანტი სითხეა და მოლეკულათაშორისი სრიალი ხდება ათვლის სტრესის ზემოქმედებით და მისი აღდგენა შეუძლებელია; არანიუტონის სითხე შეიცავს ამოსაღებ ელასტიურ ნაწილს და ამოუღებელ ბლანტი ნაწილს. ათვლის დაძაბულობის ზემოქმედებით წარმოიქმნება შეუქცევადი სრიალება მოლეკულებს შორის და ამავდროულად, იმის გამო, რომ მაკრომოლეკულები დაჭიმულია და ორიენტირებულია წანაცვლებით, წარმოიქმნება აღდგენითი ელასტიური ნაწილი. როდესაც გარე ძალა ამოღებულია, მაკრომოლეკულები უბრუნდებიან თავდაპირველ დახვეულ ფორმას, ამიტომ n-ის მნიშვნელობა იზრდება. კონცენტრაცია აგრძელებს ზრდას ქსელის სტრუქტურის ფორმირებისთვის. როდესაც ათვლის ძაბვა მცირეა, ის არ განადგურდება და მხოლოდ ელასტიური დეფორმაცია მოხდება. ამ დროს შედარებით გაიზრდება ელასტიურობა, შესუსტდება სიბლანტე და შემცირდება n-ის მნიშვნელობა; ხოლო ათვლის ძაბვა თანდათან იზრდება გაზომვის პროცესში, ამიტომ n მნიშვნელობა მერყეობს. როდესაც მასის წილი მიაღწევს 3%-ს, აშკარა სიბლანტე ჯერ იზრდება და შემდეგ მცირდება, რადგან მცირე წანაცვლება ხელს უწყობს მაკრომოლეკულების შეჯახებას დიდი აგრეგატების წარმოქმნით, ამიტომ სიბლანტე იზრდება და ათვლის სტრესი აგრძელებს აგრეგატების რღვევას. , სიბლანტე ისევ დაიკლებს.

თიქსოტროპიის გამოკვლევისას დააყენეთ სიჩქარე (r/წთ), რათა მიაღწიოთ სასურველ y-ს, გაზარდეთ სიჩქარე რეგულარული ინტერვალებით, სანამ არ მიაღწევს დადგენილ მნიშვნელობას და შემდეგ სწრაფად გადადით მაქსიმალური სიჩქარიდან საწყის მნიშვნელობამდე, რომ მიიღოთ შესაბამისი. ათვლის ძაბვა, მისი კავშირი ათვლის სიჩქარესთან ნაჩვენებია ნახ. 3-ში. როდესაც მასის წილი 2,5%-ზე ნაკლებია, აღმავალი მრუდი და დაღმავალი მრუდი მთლიანად ემთხვევა ერთმანეთს, მაგრამ როდესაც მასის წილი არის 3%, ორი ხაზი არ არის. უფრო გრძელი გადახურვა და დაღმავალი ხაზი ჩამორჩება, რაც მიუთითებს თიქსოტროპიაზე.

ათვლის სტრესის დროზე დამოკიდებულება ცნობილია როგორც რეოლოგიური წინააღმდეგობა. რეოლოგიური წინააღმდეგობა არის ვისკოელასტიური სითხეებისა და თიქსოტროპული სტრუქტურის მქონე სითხეების დამახასიათებელი ქცევა. აღმოჩნდა, რომ რაც უფრო დიდია y ერთსა და იმავე მასურ წილადზე, მით უფრო სწრაფად აღწევს r წონასწორობას და დროზე დამოკიდებულება უფრო მცირეა; ქვედა მასის ფრაქციაზე (<2%) CCE არ აჩვენებს რეოლოგიურ რეზისტენტობას. როდესაც მასობრივი წილი 2,5%-მდე იზრდება, ის აჩვენებს ძლიერ დროზე დამოკიდებულებას (ნახ. 4) და წონასწორობის მიღწევას დაახლოებით 10 წუთი სჭირდება, ხოლო 3,0%-ზე წონასწორობის დროს 50 წუთი სჭირდება. სისტემის კარგი თიქსოტროპია ხელს უწყობს პრაქტიკულ გამოყენებას.

2.2.2 მუხტის სიმკვრივის ეფექტი:არჩეულია სპენსერ-დილონის ემპირიული ფორმულის ლოგარითმული ფორმა, რომელშიც ნულოვანი სიბლანტე b მუდმივია ერთსა და იმავე კონცენტრაციაზე და სხვადასხვა ტემპერატურაზე და იზრდება კონცენტრაციის მატებასთან ერთად იმავე ტემპერატურაზე. ონოგის მიერ 1966 წელს მიღებული სიმძლავრის კანონის განტოლების მიხედვით M არის პოლიმერის ფარდობითი მოლეკულური მასა, A და B მუდმივებია და c არის მასის წილი (%). ნახ.5 სამ მრუდს აქვს აშკარა გადახრის წერტილები დაახლოებით 0,6%, ანუ არის კრიტიკული მასის წილი. 0,6%-ზე მეტი, ნულოვანი ათვლის სიბლანტე სწრაფად იზრდება C კონცენტრაციის მატებასთან ერთად. მუხტის სხვადასხვა სიმკვრივის მქონე სამი ნიმუშის მრუდები ძალიან ახლოსაა. ამის საპირისპიროდ, როდესაც მასობრივი წილი 0,2%-დან 0,8%-მდეა, LR ნიმუშის ნულოვანი სიბლანტე ყველაზე მცირე მუხტის სიმკვრივით არის ყველაზე დიდი, რადგან წყალბადის ბმის კავშირი მოითხოვს გარკვეულ კონტაქტს. მაშასადამე, მუხტის სიმკვრივე მჭიდროდ არის დაკავშირებული იმასთან, შესაძლებელია თუ არა მაკრომოლეკულების მოწყობა მოწესრიგებულად და კომპაქტურად; DSC ტესტირების საშუალებით აღმოჩნდა, რომ LR-ს აქვს სუსტი კრისტალიზაციის პიკი, რაც მიუთითებს შესაფერის მუხტის სიმკვრივეზე და ნულოვანი ათვლის სიბლანტე უფრო მაღალია იმავე კონცენტრაციით. როდესაც მასის წილი 0,2%-ზე ნაკლებია, LR არის ყველაზე პატარა, რადგან განზავებულ ხსნარში, დაბალი მუხტის სიმკვრივის მქონე მაკრომოლეკულები უფრო მეტად ქმნიან კოჭის ორიენტაციას, ამიტომ ნულოვანი ათვლის სიბლანტე დაბალია. ამას აქვს კარგი სახელმძღვანელო მნიშვნელობა გასქელების მუშაობის თვალსაზრისით.

2.2.3 pH ეფექტი: სურ. 6 არის შედეგი, რომელიც იზომება სხვადასხვა pH-ზე 0,05%-დან 2,5%-მდე მასის ფრაქციის ფარგლებში. არის დახრის წერტილი დაახლოებით 0.45%, მაგრამ სამი მრუდი თითქმის ემთხვევა ერთმანეთს, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ pH არ ახდენს აშკარა გავლენას ნულოვანი ათვლის სიბლანტეზე, რაც საკმაოდ განსხვავდება ანიონური ცელულოზის ეთერის მგრძნობელობისგან pH-ის მიმართ.

3. დასკვნა

KG-30M განზავებული წყალხსნარი შესწავლილია LLS-ით და მიღებული ჰიდროდინამიკური რადიუსის განაწილება არის ერთი პიკი. კუთხის დამოკიდებულებიდან და Rg/Rb თანაფარდობიდან შეიძლება დავასკვნათ, რომ მისი ფორმა ახლოს არის სფერულთან, მაგრამ არა საკმარისად რეგულარული. მუხტის სამი სიმკვრივის CCE ხსნარებისთვის სიბლანტე იზრდება კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, მაგრამ ნიუტონის სანადირო რიცხვი n ჯერ მცირდება, შემდეგ იცვლება და იზრდება კიდეც; pH-ს მცირე გავლენა აქვს სიბლანტეზე და ზომიერი დამუხტვის სიმკვრივე შეუძლია უფრო მაღალი სიბლანტის მიღებას.