비이온성 셀룰로오스 에테르의 표면 특성에 대한 치환체 및 분자량의 영향

Washburn의 함침 이론(Penetration Theory)과 van Oss-Good-Chaudhury의 조합 이론(Combining Theory)과 주상 심지 기술(Column Wicking Technique)의 응용에 따르면 메틸셀룰로오스와 같은 여러 비이온성 셀룰로오스 에테르의 표면 특성은 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스 및 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스를 테스트했습니다. 이러한 셀룰로오스 에테르의 치환기, 치환도 및 분자량이 다르기 때문에 표면 에너지와 구성 요소가 크게 다릅니다. 데이터는 비이온성 셀룰로오스 에테르의 루이스 염기가 루이스 산보다 크고 표면 자유 에너지의 주요 구성 요소가 리프시츠-반 데르 발스 힘임을 보여줍니다. 하이드록시프로필의 표면 에너지와 그 구성은 하이드록시메틸의 표면 에너지보다 큽니다. 동일한 치환기와 치환도를 전제로 히드록시프로필 셀룰로오스의 표면 자유 에너지는 분자량에 비례합니다. 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스의 표면 자유에너지는 치환도에 비례하고 분자량에 반비례합니다. 또한 실험을 통해 비이온성 셀룰로오스 에테르의 치환체 하이드록시프로필과 하이드록시프로필메틸의 표면 에너지가 셀룰로오스의 표면 에너지보다 큰 것으로 나타났으며, 실험을 통해 테스트한 셀룰로오스의 표면 에너지와 그 구성 데이터는 다음과 같습니다. 문헌과 일치합니다.

핵심 단어: 비이온성 셀룰로오스 에테르; 치환체 및 치환도; 분자량; 표면 특성; 심지 기술

셀룰로오스 에테르는 에테르 치환체의 화학 구조에 따라 음이온성, 양이온성, 비이온성 에테르로 나눌 수 있는 셀룰로오스 유도체의 큰 범주입니다. 셀룰로오스 에테르는 또한 고분자 화학에서 연구되고 생산된 최초의 제품 중 하나입니다. 지금까지 셀룰로오스 에테르는 의학, 위생, 화장품 및 식품 산업에서 널리 사용되었습니다.

히드록시메틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스 및 히드록시프로필메틸셀룰로오스와 같은 셀룰로오스 에테르가 산업적으로 생산되어 왔으며 그 특성 중 많은 부분이 연구되었지만 표면 에너지, 산 알칼리 반응 특성은 지금까지 보고되지 않았습니다. 이들 제품은 대부분 액체 환경에서 사용되며, 표면 특성, 특히 산-염기 반응 특성이 용도에 영향을 미칠 가능성이 높기 때문에 이러한 상용 셀룰로오스 에테르의 표면 화학적 특성에 대한 연구와 이해가 매우 필요하다.

셀룰로오스 유도체 시료는 제조 조건의 변화에 ​​따라 매우 쉽게 변한다는 점을 고려하여, 본 논문에서는 상용 제품을 시료로 사용하여 표면 에너지를 특성화하고, 이를 기반으로 해당 제품의 표면에 대한 치환체 및 분자량의 영향을 분석합니다. 속성이 연구됩니다.

1. 실험적인 부분

1.1 원자재

실험에 사용된 비이온성 셀룰로오스 에테르는키마화학(주),. 샘플은 테스트 전에 어떠한 처리도 거치지 않았습니다.

셀룰로오스 유도체가 셀룰로오스로 이루어져 있다는 점을 고려하면, 두 구조가 서로 가깝고, 셀룰로오스의 표면 특성이 문헌에 보고된 바 있으므로 본 논문에서는 셀룰로오스를 표준 시료로 사용한다. 사용된 셀룰로오스 샘플은 코드명 C8002였으며 에서 구입했습니다.키마, CN. 샘플은 테스트 중에 어떠한 처리도 거치지 않았습니다.

실험에 사용된 시약은 에탄, 디아이오도메탄, 탈이온수, 포름아미드, 톨루엔, 클로로포름입니다. 시중에서 판매되는 물을 제외하고 모든 액체는 분석적으로 순수한 제품이었습니다.

1.2 실험방법

본 실험에서는 컬럼 위킹(wicking) 기술을 채택하였고, 내경이 3mm인 표준 피펫의 단면(약 10cm)을 컬럼 튜브로 절단하였다. 매번 컬럼튜브에 분말시료 200mg을 넣은 후 흔들어 균일하게 만든 후, 액체가 자연스럽게 흡착될 수 있도록 내경 약 3cm의 유리용기 바닥에 수직으로 놓아둔다. 시험액 1 mL를 달아 유리용기에 넣고 침지시간 t와 침지거리 X를 동시에 기록한다. 모든 실험은 실온(25±1°기음). 각 데이터는 세 번의 반복 실험의 평균입니다.

1.3 실험 데이터 계산

분말 재료의 표면 에너지를 테스트하기 위해 컬럼 위킹 기술을 적용하는 이론적 근거는 워시번 침투 방정식(Washburn Penetration Equation)입니다.

1.3.1 측정된 샘플의 모세관 유효 반경 Reff 결정

Washburn 침지 공식을 적용할 때 완전한 젖음 조건은 cos=1입니다. 이는 완전히 젖은 상태를 달성하기 위해 액체를 고체에 담그도록 선택하는 경우 Washburn 침지 공식의 특별한 경우에 따라 침지 거리와 시간을 테스트하여 측정된 샘플의 모세관 유효 반경 Reff를 계산할 수 있음을 의미합니다.

1.3.2 측정된 샘플에 대한 리프시츠-반 데르 발스 힘 계산

van Oss-Chaudhury-Good의 결합 규칙에 따르면 액체와 고체 사이의 반응 사이의 관계입니다.

1.3.3 측정 샘플의 루이스 산-염기력 계산

일반적으로 고체의 산-염기 특성은 물과 포름아미드에 함침된 데이터를 통해 추정됩니다. 그러나 이 기사에서는 이 극성 액체 쌍을 사용하여 셀룰로오스를 측정할 때 문제가 없다는 것을 발견했지만, 셀룰로오스 에테르의 테스트에서는 셀룰로오스 에테르에 있는 물/포름아미드의 극성 용액 시스템의 침지 높이가 너무 낮기 때문입니다. , 시간 기록을 매우 어렵게 만듭니다. 따라서 Chibowsk에서 도입한 톨루엔/클로로포름 용액 시스템이 선택되었습니다. Chibowski에 따르면 톨루엔/클로로포름 극성 용액 시스템도 옵션이라고 합니다. 이는 이 두 액체가 매우 특별한 산도와 알칼리성을 갖고 있기 때문입니다. 예를 들어 톨루엔에는 루이스 산성이 없고 클로로포름에는 루이스 알칼리성이 없습니다. 톨루엔/클로로포름 용액 시스템에서 얻은 데이터를 물/포름아미드의 권장 극성 용액 시스템에 더 가깝게 얻기 위해 이 두 극성 액체 시스템을 사용하여 동시에 셀룰로오스를 테스트한 다음 해당 팽창 또는 수축 계수를 얻습니다. 적용 전 셀룰로오스 에테르에 톨루엔/클로로포름을 함침시켜 얻은 데이터는 물/포름아미드 시스템에서 얻은 결론과 유사합니다. 셀룰로오스 에테르는 셀룰로오스에서 파생되고 둘 사이에 매우 유사한 구조가 있기 때문에 이 추정 방법이 유효할 수 있습니다.

1.3.4 전체 표면 자유에너지 계산

2. 결과 및 고찰

2.1 셀룰로오스 표준품

셀룰로오스 표준 샘플에 대한 테스트 결과에서 이러한 데이터가 문헌에 보고된 데이터와 잘 일치하는 것으로 나타났기 때문에 셀룰로오스 에테르에 대한 테스트 결과도 고려해야 한다고 믿는 것이 합리적입니다.

2.2 셀룰로오스 에테르의 테스트 결과 및 논의

셀룰로오스 에테르의 시험 중에는 물과 포름아미드의 침지 높이가 매우 낮기 때문에 침지 거리와 시간을 기록하는 것이 매우 어렵습니다. 따라서 본 논문에서는 대체 용액으로 톨루엔/클로로포름 용액 시스템을 선택하고, 셀룰로오스에 대한 물/포름아미드 및 톨루엔/클로로포름의 테스트 결과와 두 용액 시스템 간의 비례 관계를 기반으로 셀룰로오스 에테르의 루이스 산도를 추정합니다. 그리고 알칼리성 전력.

셀룰로오스를 표준 시료로 사용하여 셀룰로오스 에테르의 일련의 산-염기 특성이 제공됩니다. 셀룰로오스에테르에 톨루엔/클로로포름을 함침시킨 결과를 직접 실험한 것이므로 설득력이 있다.

이는 치환기의 유형과 분자량이 셀룰로오스 에테르의 산-염기 특성에 영향을 미치며, 셀룰로오스 에테르의 산-염기 특성에 대한 두 치환기인 히드록시프로필과 히드록시프로필메틸 사이의 관계가 완전히 반대라는 것을 의미합니다. 그러나 이는 MP가 혼합 치환체라는 사실과도 관련이 있을 수 있습니다.

MO43과 K8913의 치환기는 서로 다르고 동일한 분자량을 가지므로 예를 들어 전자의 치환기는 히드록시메틸이고 후자의 치환기는 히드록시프로필이지만 둘 다의 분자량이 100,000이므로, 동일한 분자량을 전제로 한 상황에서는 하이드록시메틸기의 S+와 S-가 하이드록시프로필기보다 작을 수 있습니다. 그러나 치환도도 가능합니다. K8913의 치환도는 약 3.00인 반면 MO43의 치환도는 1.90에 불과하기 때문입니다.

K8913과 K9113의 치환도와 치환기는 동일하지만 분자량만 다르기 때문에 둘을 비교하면 히드록시프로필셀룰로오스의 S+는 분자량이 증가함에 따라 감소하고, 반대로 S-는 증가하는 것을 알 수 있다. .

모든 셀룰로오스 에테르와 그 구성 요소의 표면 에너지에 대한 테스트 결과를 요약하면 셀룰로오스이든 셀룰로오스 에테르이든 표면 에너지의 주요 구성 요소는 리프시츠-반 데르 발스 힘이라는 것을 알 수 있습니다. 약 98%~99%. 더욱이, 이러한 비이온성 셀룰로오스 에테르(MO43 제외)의 리프시츠-반 데르 발스 힘도 대부분 셀룰로오스의 힘보다 더 크며, 이는 셀룰로오스의 에테르화 과정이 리프시츠-반 데르 발스 힘을 증가시키는 과정이기도 함을 나타냅니다. 그리고 이러한 증가로 인해 셀룰로오스 에테르의 표면 에너지가 셀룰로오스의 표면 에너지보다 커집니다. 이러한 셀룰로오스 에테르는 계면활성제 생산에 일반적으로 사용되기 때문에 이러한 현상은 매우 흥미롭습니다. 그러나 이 실험에서 테스트된 참조 표준 샘플에 대한 데이터가 문헌에 보고된 값과 매우 일치할 뿐만 아니라 참조 표준 샘플에 대한 데이터가 문헌에 보고된 값과 매우 일치하기 때문에 데이터는 주목할 만합니다. 예: 이 모든 셀룰로오스 에테르의 SAB는 셀룰로오스의 SAB보다 상당히 작으며 이는 루이스 염기가 매우 크기 때문입니다. 동일한 치환기와 치환도를 전제로 히드록시프로필 셀룰로오스의 표면 자유 에너지는 분자량에 비례합니다. 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스의 표면 자유에너지는 치환도에 비례하고 분자량에 반비례합니다.

또한, 셀룰로오스 에테르는 셀룰로오스보다 SLW가 크지만 분산성이 셀룰로오스보다 우수하다는 것을 이미 알고 있으므로 비이온성 셀룰로오스 에테르를 구성하는 SLW의 주성분이 런던 힘이어야 한다는 점을 예비적으로 고려할 수 있다.

3. 결론

연구에 따르면 치환체 유형, 치환도 및 분자량이 비이온성 셀룰로오스 에테르의 표면 에너지와 조성에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 그리고 이 효과는 다음과 같은 규칙성을 갖는 것으로 보입니다.

(1) 비이온성 셀룰로오스 에테르의 S+는 S-보다 작습니다.

(2) 비이온성 셀룰로오스 에테르의 표면 에너지는 리프시츠-반 데르 발스 힘에 의해 지배됩니다.

(3) 분자량과 치환기는 비이온성 셀룰로오스에테르의 표면에너지에 영향을 주지만 주로 치환기의 종류에 따라 달라진다.

(4) 동일한 치환기와 치환도를 전제로 히드록시프로필셀룰로오스의 표면 자유에너지는 분자량에 비례합니다. 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스의 표면 자유에너지는 치환도에 비례하고 분자량에 반비례합니다.

(5) 셀룰로오스의 에테르화 과정은 리프시츠-반 데르 발스 힘이 증가하는 과정이며, 루이스 산성도가 감소하고 루이스 알칼리도가 증가하는 과정이기도 하다.