Орынбасарлардың және молекулалық салмақтың иондық емес целлюлоза эфирінің беттік қасиеттеріне әсері

Уошберннің сіңдіру теориясына (еніп кету теориясы) және ван Осс-Гуд-Чоудхуридің комбинация теориясына (Комбинация теориясы) және бағаналы фитиль технологиясын (Column Wicking Technique) қолдануына сәйкес, метил целлюлоза сияқты бірнеше иондық емес целлюлоза эфирлері. целлюлоза, гидроксипропил целлюлоза және гидроксипропил метилцеллюлоза сыналды. Осы целлюлоза эфирлерінің орынбасарларының, орын басу дәрежесінің және молекулалық салмақтарының әртүрлі болуына байланысты олардың беттік энергиялары мен құрамдас бөліктері айтарлықтай ерекшеленеді. Деректер көрсеткендей, иондық емес целлюлоза эфирінің Льюис негізі Льюис қышқылынан үлкен, ал беттік бос энергияның негізгі компоненті Лифшиц-ван дер Ваальс күші болып табылады. Гидроксипропилдің беттік энергиясы және оның құрамы гидроксиметилге қарағанда үлкен. Бірдей орынбасушы және орынбасу дәрежесі алғышартында гидроксипропил целлюлозаның беттік бос энергиясы молекулалық массаға пропорционал; ал гидроксипропилметилцеллюлозаның беттік бос энергиясы алмастыру дәрежесіне пропорционал және молекулалық массаға кері пропорционал. Тәжірибе сонымен қатар иондық емес целлюлоза эфиріндегі орынбасушы гидроксипропил мен гидроксипропилметилдің беттік энергиясы целлюлозаның беттік энергиясынан үлкен болып көрінетінін анықтады және тәжірибе сыналған целлюлозаның беттік энергиясы мен оның құрамын дәлелдейді. әдебиетке сәйкес келеді.

Негізгі сөздер: иондық емес целлюлоза эфирлері; алмастырғыштар және орын басу дәрежесі; молекулалық салмақ; бетінің қасиеттері; фитиль технологиясы

Целлюлоза эфирі – целлюлоза туындыларының үлкен категориясы, оларды эфир алмастырғыштарының химиялық құрылымы бойынша анионды, катиондық және иондық емес эфирлер деп бөлуге болады. Целлюлоза эфирі де полимер химиясында зерттелген және өндірілген ең ерте өнімдердің бірі болып табылады. Осы уақытқа дейін целлюлоза эфирі медицинада, гигиенада, косметикада және тамақ өнеркәсібінде кеңінен қолданылып келеді.

Гидроксиметилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза және гидроксипропилметилцеллюлоза сияқты целлюлоза эфирлері өнеркәсіптік жолмен өндіріліп, олардың көптеген қасиеттері зерттелсе де, олардың беттік энергиясы, қышқылды сілті-реактивті қасиеттері осы уақытқа дейін хабарланбаған. Бұл өнімдердің көпшілігі сұйық ортада қолданылатындықтан және бетінің сипаттамалары, әсіресе қышқыл-негіз реакциясының сипаттамалары, олардың қолданылуына әсер етуі мүмкін болғандықтан, осы коммерциялық целлюлоза эфирінің беткі химиялық сипаттамаларын зерттеу және түсіну өте қажет.

Целлюлоза туындыларының үлгілерін дайындау шарттарының өзгеруіне байланысты өзгерту өте оңай болатынын ескере отырып, бұл жұмыста олардың беттік энергиясын сипаттау үшін үлгі ретінде коммерциялық өнімдер пайдаланылады және осының негізінде мұндай өнімдердің орынбасарлары мен молекулалық массаларының беткі қабатына әсері. қасиеттері зерттеледі.

1. Эксперименттік бөлім

1.1 Шикізат

Тәжірибеде пайдаланылған иондық емес целлюлоза эфирі өнімі болып табыладыKIMA CHEMICAL CO.,LTD,. Сынау алдында үлгілер ешқандай өңдеуден өтпеді.

Целлюлоза туындылары целлюлозадан жасалғанын ескере отырып, екі құрылым жақын және целлюлозаның беткі қасиеттері әдебиеттерде көрсетілген, сондықтан бұл жұмыс стандартты үлгі ретінде целлюлозаны пайдаланады. Пайдаланылған целлюлоза үлгісінің кодтық атауы C8002 болды және ол мына жерден сатып алындыҚИМА, CN. Сынақ кезінде үлгі ешқандай өңдеуге ұшыраған жоқ.

Тәжірибеде қолданылатын реагенттер: этан, дииодометан, ионсыздандырылған су, формамид, толуол, хлороформ. Коммерциялық қол жетімді суды қоспағанда, барлық сұйықтықтар аналитикалық таза өнімдер болды.

1.2 Эксперименттік әдіс

Бұл тәжірибеде бағананы илеу техникасы қабылданды және баған түтігі ретінде ішкі диаметрі 3 мм стандартты тамшуырдың кесіндісі (шамамен 10 см) кесілді. Бағаналы түтікке әр жолы 200 мг ұнтақ үлгісін құйыңыз, содан кейін оны біркелкі етіп шайқаңыз және сұйықтық өздігінен адсорбциялануы үшін ішкі диаметрі шамамен 3 см шыны ыдыстың түбіне тігінен орналастырыңыз. Тексерілетін сұйықтықтың 1 мл өлшеп, оны шыны ыдысқа салыңыз да, батыру уақытын t және батыру қашықтығын X бір уақытта жазып алыңыз. Барлық эксперименттер бөлме температурасында орындалды (25±1°C). Әрбір деректер үш қайталанатын эксперименттің орташа мәні болып табылады.

1.3 Эксперименттік мәліметтерді есептеу

Ұнтақты материалдардың беттік энергиясын сынау үшін колонканы сүзу техникасын қолданудың теориялық негізі Уашберннің сіңдіру теңдеуі (Washburn penetration equation) болып табылады.

1.3.1 Өлшенетін үлгінің капиллярлық тиімді радиусын анықтау

Washburn батыру формуласын қолданғанда толық сулануға қол жеткізу шарты cos=1. Бұл толық дымқыл күйге жету үшін қатты денеге батыру үшін сұйықтық таңдалғанда, біз Washburn батыру формуласының ерекше жағдайына сәйкес батыру қашықтығы мен уақытын сынау арқылы өлшенген үлгінің капиллярлық тиімді радиусын Reff есептей алатынымызды білдіреді.

1.3.2 Өлшенген үлгі үшін Лифшиц-ван дер Ваальс күшін есептеу

Ван Осс-Чодхури-Гудтың біріктіру ережелері бойынша сұйықтар мен қатты денелер арасындағы реакциялар арасындағы байланыс.

1.3.3 Өлшенетін үлгілердің Льюис қышқылдық-негіздік күшін есептеу

Жалпы, қатты заттардың қышқылдық-негіздік қасиеттері сумен және формамидпен сіңдірілген деректер бойынша бағаланады. Бірақ бұл мақалада біз целлюлозаны өлшеу үшін полярлы сұйықтықтардың осы жұбын пайдаланған кезде ешқандай проблема жоқ екенін анықтадық, бірақ целлюлоза эфирінің сынағы, өйткені целлюлоза эфиріндегі су/формамидтің полярлық ерітінді жүйесінің батыру биіктігі тым төмен. , уақытты жазуды қиындатады. Сондықтан Чибовск енгізген толуол/хлороформ ерітіндісі жүйесі таңдалды. Чибовскийдің айтуынша, толуол/хлороформ полярлы ерітінді жүйесі де опция болып табылады. Өйткені бұл екі сұйықтықтың қышқылдығы мен сілтілігі өте ерекше, мысалы, толуолда Льюис қышқылдығы, хлороформда Льюис сілтілігі жоқ. Толуол/хлороформ ерітіндісі жүйесімен алынған деректерді су/формамидтің ұсынылған полярлық ерітінді жүйесіне жақындату үшін біз целлюлозаны бір уақытта сынау үшін осы екі полярлы сұйық жүйені қолданамыз, содан кейін сәйкес кеңею немесе жиырылу коэффициенттерін аламыз. қолданар алдында Целлюлоза эфирін толуол/хлороформмен сіңдіру арқылы алынған деректер су/формамид жүйесі үшін алынған қорытындыға жақын. Целлюлоза эфирлері целлюлозадан алынғандықтан және екеуінің арасында өте ұқсас құрылым болғандықтан, бұл бағалау әдісі жарамды болуы мүмкін.

1.3.4 Жалпы беттік бос энергияны есептеу

2. Нәтижелер және талқылау

2.1 Целлюлоза стандарты

Целлюлозаның стандартты үлгілері бойынша біздің сынақ нәтижелеріміз бұл деректер әдебиетте көрсетілгендермен жақсы сәйкес келетінін анықтағандықтан, целлюлоза эфирлері бойынша сынақ нәтижелерін де ескеру орынды деп санауға болады.

2.2 Целлюлоза эфирін сынау және талқылау

Целлюлоза эфирін сынау кезінде су мен формамидтің батыру биіктігі өте төмен болғандықтан батыру қашықтығы мен уақытын жазу өте қиын. Сондықтан бұл жұмыс балама ерітінді ретінде толуол/хлороформ ерітіндісі жүйесін таңдап, целлюлозадағы су/формамид пен толуол/хлороформды сынау нәтижелеріне және екі ерітінді жүйесі арасындағы пропорционалды қатынасқа негізделген целлюлоза эфирінің Льюис қышқылдығын бағалайды. және сілтілі күш.

Стандартты үлгі ретінде целлюлозаны ала отырып, целлюлоза эфирлерінің қышқылдық-негіздік сипаттамаларының қатары келтірілген. Целлюлоза эфирін толуол/хлороформмен сіңдіру нәтижесі тікелей тексерілгендіктен, бұл сенімді.

Бұл алмастырғыштардың түрі мен молекулалық салмағы целлюлоза эфирінің қышқылдық-негіздік қасиеттеріне және екі алмастырғыштың, гидроксипропил мен гидроксипропилметилдің целлюлоза эфирінің қышқылдық-негіздік қасиеттеріне және молекулалық массасына мүлдем қарама-қарсы қатынасына әсер ететінін білдіреді. Бірақ бұл депутаттардың аралас алмастырғыштар екендігімен де байланысты болуы мүмкін.

MO43 және K8913 алмастырғыштары әртүрлі және бірдей молекулалық салмаққа ие болғандықтан, мысалы, біріншісінің алмастырғышы - гидроксиметил және екіншісінің алмастырғышы - гидроксипропил, бірақ екеуінің де молекулалық салмағы 100 000, сондықтан бұл сонымен қатар бірдей молекулалық салмақтың алғышарты Жағдайларда гидроксиметил тобының S+ және S- мөлшері гидроксипропил тобынан кішірек болуы мүмкін. Бірақ алмастыру дәрежесі де мүмкін, себебі K8913 алмастыру дәрежесі шамамен 3,00, ал MO43-тікі тек 1,90.

K8913 және K9113 алмастыру дәрежесі мен орынбасарлары бірдей, бірақ тек молекулалық салмағы әртүрлі болғандықтан, екеуінің арасындағы салыстыру гидроксипропил целлюлозасының S+ молекулалық массасы жоғарылаған сайын азаяды, бірақ S- керісінше артады. .

Барлық целлюлоза эфирлерінің және олардың құрамдас бөліктерінің беттік энергиясының сынау нәтижелерінің қысқаша мазмұнынан ол целлюлоза немесе целлюлоза эфирі болсын, олардың беттік энергиясының негізгі құрамдас бөлігі Лифшиц-ван дер-Ваальс күші болып табылатынын көруге болады. шамамен 98% ~ 99%. Сонымен қатар, бұл иондық емес целлюлоза эфирлерінің (MO43-тен басқа) Лифшиц-ван дер Ваальс күштері де целлюлозаға қарағанда көбірек, бұл целлюлозаның эфирлену процесі де Лифшиц-ван дер Ваальс күштерінің жоғарылау процесі екенін көрсетеді. Және бұл жоғарылаулар целлюлоза эфирінің беттік энергиясының целлюлозаға қарағанда көбірек болуына әкеледі. Бұл құбылыс өте қызықты, өйткені бұл целлюлоза эфирлері беттік белсенді заттар өндірісінде жиі қолданылады. Бірақ бұл тәжірибеде сыналған эталондық үлгі туралы деректер әдебиетте келтірілген мәнге өте сәйкес келетіндіктен ғана емес, эталондық стандарт үлгісі туралы деректер әдебиетте көрсетілген мәнге өте сәйкес келетіндіктен деректер назар аударарлық. мысал: барлық осы целлюлоза Эфирлердің SAB мөлшері целлюлозадан айтарлықтай аз және бұл олардың өте үлкен Льюис негіздеріне байланысты. Бірдей орынбасушы және орынбасу дәрежесі алғышартында гидроксипропил целлюлозаның беттік бос энергиясы молекулалық массаға пропорционал; ал гидроксипропилметилцеллюлозаның беттік бос энергиясы алмастыру дәрежесіне пропорционал және молекулалық массаға кері пропорционал.

Сонымен қатар, целлюлоза эфирлері целлюлозаға қарағанда SLW үлкен болғандықтан, бірақ біз олардың дисперстілігі целлюлозаға қарағанда жақсырақ екенін білеміз, сондықтан иондық емес целлюлоза эфирлерін құрайтын SLW негізгі компоненті Лондон күші болуы керек деп алдын ала қарастыруға болады.

3. Қорытынды

Зерттеулер иондық емес целлюлоза эфирінің беттік энергиясы мен құрамына орынбасушы түрі, орынбасу дәрежесі және молекулалық салмағы үлкен әсер ететінін көрсетті. Және бұл әсер келесі заңдылыққа ие сияқты:

(1) иондық емес целлюлоза эфирінің S+ мөлшері S-нен кіші.

(2) иондық емес целлюлоза эфирінің беттік энергиясына Лифшиц-ван дер Ваальс күші басым.

(3) Молекулярлық масса және орынбасарлар иондық емес целлюлоза эфирлерінің беттік энергиясына әсер етеді, бірақ ол негізінен орынбасарлардың түріне байланысты.

(4) Бірдей орынбасушы және орынбасу дәрежесі жағдайында гидроксипропил целлюлозасының беттік бос энергиясы молекулалық массаға пропорционал; ал гидроксипропилметилцеллюлозаның беттік бос энергиясы алмастыру дәрежесіне пропорционал және молекулалық массаға кері пропорционал.

(5) Целлюлозаның этерификация процесі Лифшиц-ван дер Ваальс күші күшейетін процесс, сонымен қатар Льюис қышқылдығы төмендейтін және Льюис сілтілігі жоғарылайтын процесс.