양이온성 셀룰로오스 에테르 용액의 특성

다양한 pH 값에서 고전하 밀도 양이온성 셀룰로오스 에테르(KG-30M)의 희석 용액 특성을 레이저 산란 기기를 사용하여 다양한 각도의 유체역학적 반경(Rh)과 회전 평균 제곱근 반경으로부터 연구했습니다. Rg Rh에 대한 비율은 모양이 불규칙하지만 구형에 가깝다는 것을 의미합니다. 그런 다음, 레오미터를 사용하여 전하 밀도가 서로 다른 양이온성 셀룰로오스 에테르의 세 가지 농축 용액을 자세히 연구하고 농도, pH 값 및 자체 전하 밀도가 유변학적 특성에 미치는 영향을 논의했습니다. 농도가 증가함에 따라 뉴턴 지수는 처음에는 감소했다가 감소했습니다. 변동 또는 반동이 발생하고 요변성 거동은 3%(질량 분율)에서 발생합니다. 적당한 전하 밀도는 더 높은 제로 전단 점도를 얻는 데 유익하며 pH는 점도에 거의 영향을 미치지 않습니다.

핵심 단어:양이온성 셀룰로오스 에테르; 형태; 제로 전단 점도; 유변학

셀룰로오스 유도체와 이를 변형한 기능성 고분자는 생리 및 위생용품, 석유화학제품, 의약, 식품, 개인 위생용품, 포장 등의 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 수용성 양이온성 셀룰로오스 에테르(CCE)는 강한 농축 효과로 인해 능력이 있어 일상적인 화학제품, 특히 샴푸에 널리 사용되며, 샴푸 후 모발의 빗질성을 향상시킬 수 있습니다. 동시에 호환성이 좋아 투인원, 올인원 샴푸에도 사용 가능하다. 또한 응용 전망이 좋아 여러 나라의 관심을 끌었습니다. 셀룰로오스 유도체 용액은 농도가 증가함에 따라 뉴턴 유체, 유사가소성 유체, 요변성 유체, 점탄성 유체 등의 거동을 나타내는 것으로 문헌에 보고되어 있으나, 수용액 내 양이온성 셀룰로오스 에테르의 형태, 유변학 및 영향 요인은 거의 없다. 연구 보고서. 본 논문은 실제 적용을 위한 참고 자료를 제공하기 위해 4차 암모늄 개질 셀룰로오스 수용액의 유변학적 거동에 중점을 두고 있습니다.

1. 실험적인 부분

1.1 원자재

양이온성 셀룰로오스 에테르(KG-30M, JR-30M, LR-30M); Canada Dow Chemical Company 제품, 일본 Procter & Gamble Company Kobe R&D 센터에서 제공, Vario EL 원소 분석기(독일 Elemental Company)로 측정, 샘플의 질소 함량은 각각 2.7%, 1.8%, 1.0%(전하 밀도는 각각 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, 0.7 Meq/g), 독일 ALV-5000E 레이저 광산란 장비(LLS)로 테스트한 결과 중량 평균 분자량은 약 1.64입니다.×106g/몰

1.2 솔루션 준비

샘플을 여과, 투석 및 동결건조를 통해 정제했습니다. 일련의 세 가지 정량 샘플을 각각 계량하고 pH 4.00, 6.86, 9.18의 표준 완충액을 추가하여 필요한 농도를 준비합니다. 샘플이 완전히 용해되었는지 확인하기 위해 모든 샘플 용액을 테스트 전 48시간 동안 자기 교반기에 두었습니다.

1.3 광산란 측정

LLS를 사용하여 묽은 수용액에서 시료의 중량 평균 분자량, 유체역학적 반경 및 두 번째 융모 계수와 다른 각도의 회전 평균 제곱근 반경을 측정하고 이 양이온성 셀룰로오스 에테르가 에 있음을 추론합니다. 비율 상태에 따른 수용액.

1.4 점도 측정 및 유변학적 조사

농축된 CCE 용액을 Brookfield RVDV-III+ 레오미터로 연구하고 농도, 전하 밀도 및 pH 값이 샘플 점도와 같은 유변학적 특성에 미치는 영향을 조사했습니다. 농도가 높을수록 요변성을 조사할 필요가 있습니다.

2. 결과 및 논의

2.1 광산란에 관한 연구

특수한 분자 구조로 인해 좋은 용매 속에서도 단일 분자의 형태로 존재하기는 어려우며 일정한 안정한 미셀이나 클러스터, 결합의 형태로 존재합니다.

CCE의 묽은 수용액(~0.1%)을 편광현미경으로 관찰했을 때 검은색 십자 직교 시야를 배경으로 "별" 모양의 밝은 점과 밝은 막대가 나타났습니다. 이는 광산란, 다양한 pH 및 각도에서의 동적 유체역학적 반경, 회전 평균 제곱근 반경 및 Berry 다이어그램에서 얻은 두 번째 Villi 계수가 표에 나열되어 있다는 특징이 있습니다. 1. 10-5의 농도에서 얻은 유체역학적 반경 함수의 분포 그래프는 주로 단일 피크이지만 분포가 매우 넓어(그림 1), 이는 시스템에 분자 수준의 연관성과 큰 응집체가 있음을 나타냅니다. ; 변화가 있으며 Rg/Rb 값은 모두 약 0.775입니다. 이는 용액 내 CCE의 모양이 구형에 가깝지만 충분히 규칙적이지 않음을 나타냅니다. Rb 및 Rg에 대한 pH의 영향은 분명하지 않습니다. 완충용액의 반대이온은 CCE와 상호작용하여 측쇄의 전하를 보호하고 수축하게 하지만 그 차이는 반대이온의 유형에 따라 다릅니다. 하전된 폴리머의 광 산란 측정은 장거리 힘 상호 작용과 외부 간섭에 취약하므로 LLS 특성화에는 특정 오류와 제한 사항이 있습니다. 질량 분율이 0.02%보다 크면 Rh 분포도에 대부분 분리할 수 없는 이중 피크 또는 다중 피크가 있습니다. 농도가 증가함에 따라 Rh도 증가하며 이는 더 많은 거대분자가 결합되거나 심지어 응집된다는 것을 나타냅니다. Cao et al. 카르복시메틸 셀룰로오스와 표면 활성 거대단량체의 공중합체를 연구하기 위해 광산란을 사용했으며, 분리할 수 없는 이중 피크도 있었는데, 그 중 하나는 30nm에서 100nm 사이였으며, 이는 분자 수준에서 미셀의 형성을 나타내며, 다른 피크 Rh는 상대적으로 이는 집합체로 간주되며 본 논문에서 결정된 결과와 유사하다.

2.2 유변학적 거동에 관한 연구

2.2.1 집중 효과:질량 분율이 0.7%를 초과하지 않을 때 Ostwald-Dewaele가 제안한 거듭제곱 방정식의 대수 형태에 따라 다양한 전단 속도에서 다양한 농도의 KG-30M 용액의 겉보기 점도를 측정하고 일련의 직선 0.99보다 큰 선형 상관 계수가 얻어졌습니다. 그리고 농도가 증가함에 따라 뉴턴 지수 n의 값은 감소하며(모두 1보다 작음) 명백한 유사가소성 유체를 나타냅니다. 전단력에 의해 구동되면 거대분자 사슬이 풀리고 방향이 바뀌기 시작하여 점도가 감소합니다. 질량 분율이 0.7%보다 크면 얻은 직선의 선형 상관 계수가 감소하고(약 0.98) 농도가 증가함에 따라 n이 변동하거나 심지어 증가하기 시작합니다. 질량 분율이 3%에 도달하면(그림 2), 겉보기 점도는 먼저 증가한 다음 전단 속도가 증가함에 따라 감소합니다. 이러한 일련의 현상은 다른 음이온 및 양이온 폴리머 용액에 대한 보고와 다릅니다. n 값이 증가합니다. 즉, 비뉴턴 특성이 약화됩니다. 뉴턴 유체는 점성 액체이며 전단 응력의 작용으로 분자간 미끄러짐이 발생하며 회복할 수 없습니다. 비뉴턴 유체에는 회복 가능한 탄성 부분과 회복 불가능한 점성 부분이 포함되어 있습니다. 전단응력이 작용하면 분자 사이에 비가역적인 미끄러짐이 발생하고, 동시에 거대분자는 전단력에 의해 신장되고 배향되기 때문에 회복 가능한 탄성부분이 형성된다. 외력이 제거되면 거대분자는 원래의 말려진 형태로 돌아가려는 경향이 있으므로 n의 값이 올라간다. 농도가 계속 증가하여 네트워크 구조를 형성합니다. 전단응력이 작으면 파괴되지 않고 탄성변형만 일어난다. 이때 탄성은 상대적으로 향상되고 점도는 약해지며 n 값은 감소합니다. 측정 과정에서 전단 응력이 점차 증가하므로 n 값이 변동합니다. 질량 분율이 3%에 도달하면 겉보기 점도가 먼저 증가한 다음 감소합니다. 작은 전단이 거대분자의 충돌을 촉진하여 큰 응집체를 형성하므로 점도가 상승하고 전단 응력이 계속해서 응집체를 파괴하기 때문입니다. , 점도가 다시 감소합니다.

요변성 조사에서는 원하는 y에 도달하도록 속도(r/min)를 설정하고 설정 값에 도달할 때까지 일정한 간격으로 속도를 증가시킨 다음 최대 속도에서 다시 초기 값으로 빠르게 감소하여 해당 값을 얻습니다. 전단 응력과 전단율과의 관계는 그림 3에 나와 있습니다. 질량 분율이 2.5% 미만인 경우 상향 곡선과 하향 곡선이 완전히 겹치지만 질량 분율이 3%인 경우 두 선은 서로 겹치지 않습니다. 더 긴 중첩과 아래쪽 선이 뒤쳐져 요변성을 나타냅니다.

전단 응력의 시간 의존성은 유변학적 저항으로 알려져 있습니다. 유변학적 저항성은 점탄성 액체와 요변성 구조를 갖는 액체의 특징적인 거동입니다. 동일한 질량 분율에서 y가 클수록 r이 더 빨리 평형에 도달하고 시간 의존성이 더 작아지는 것으로 나타났습니다. 더 낮은 질량 분율(<2%)에서 CCE는 유변학적 저항성을 나타내지 않습니다. 질량분율이 2.5%로 증가하면 강한 시간 의존성을 나타내며(그림 4), 평형에 도달하는 데 약 10분이 소요되는 반면, 3.0%에서는 평형 시간이 50분이 소요됩니다. 시스템의 우수한 요변성은 실제 적용에 도움이 됩니다.

2.2.2 전하 밀도의 효과:Spencer-Dillon 실험식의 로그 형식이 선택됩니다. 여기서 제로 컷 점도 b는 동일한 농도 및 다른 온도에서 일정하고 동일한 온도에서 농도가 증가함에 따라 증가합니다. 1966년 Onogi가 채택한 거듭제곱 법칙 방정식에 따르면 M은 고분자의 상대 분자 질량, A와 B는 상수, c는 질량 분율(%)입니다. 무화과．5 세 곡선에는 약 0.6%의 분명한 변곡점이 있습니다. 즉, 임계 질량 분율이 있습니다. 0.6% 이상에서는 농도 C가 증가함에 따라 제로 전단 점도가 급격히 증가합니다. 전하 밀도가 다른 세 샘플의 곡선은 매우 가깝습니다. 대조적으로, 질량 분율이 0.2%에서 0.8% 사이일 때, 수소 결합 결합에는 특정 접촉이 필요하기 때문에 전하 밀도가 가장 작은 LR 샘플의 제로 컷 점도가 가장 큽니다. 따라서 전하 밀도는 거대분자가 질서 있고 조밀하게 배열될 수 있는지 여부와 밀접한 관련이 있습니다. DSC 테스트를 통해 LR의 결정화 피크가 약해 적절한 전하 밀도를 나타내며 동일한 농도에서 제로 전단 점도가 더 높은 것으로 나타났습니다. 질량 분율이 0.2% 미만인 경우 LR이 가장 작습니다. 왜냐하면 희석 용액에서는 전하 밀도가 낮은 거대 분자가 코일 방향을 형성할 가능성이 높기 때문에 제로 전단 점도가 낮기 때문입니다. 이는 농축 성능 측면에서 좋은 지침 중요성을 갖습니다.

2.2.3 pH 효과: 그림 6은 질량분율 0.05%~2.5% 범위 내에서 다양한 pH에서 측정한 결과이다. 약 0.45%의 변곡점이 있지만 세 곡선이 거의 겹쳐서 pH가 제로 전단 점도에 뚜렷한 영향을 미치지 않음을 나타내며 이는 pH에 대한 음이온성 셀룰로오스 에테르의 민감도와 상당히 다릅니다.

3. 결론

KG-30M 묽은 수용액은 LLS로 연구되었으며, 얻은 유체역학적 반경 분포는 단일 피크입니다. 각도 의존성과 Rg/Rb 비율을 통해 모양이 구형에 가깝지만 충분히 규칙적이지 않음을 추론할 수 있습니다. 세 가지 전하 밀도를 갖는 CCE 솔루션의 경우 농도가 증가함에 따라 점도가 증가하지만 뉴턴 헌팅 수 n은 먼저 감소한 다음 변동하고 심지어 증가합니다. pH는 점도에 거의 영향을 미치지 않으며 적당한 전하 밀도는 더 높은 점도를 얻을 수 있습니다.