Катиондук целлюлоза эфиринин касиеттери

Жогорку заряддуу тыгыздыктагы катион целлюлоза эфиринин (KG-30M) ар кандай рН маанилериндеги суюлтулган эритме касиеттери лазердик чачыраткыч аспап менен ар түрдүү бурчтардагы гидродинамикалык радиустан (Rh) жана тамырдын орточо квадраттык айлануу радиусу менен изилденген. Rg Rh катышы анын формасы туура эмес, бирок сферага жакын экенин билдирет. Андан кийин реометрдин жардамы менен заряддын тыгыздыгы ар түрдүү болгон катиондуу целлюлоза эфирлеринин үч концентрацияланган эритмелери кеңири изилденип, анын реологиялык касиеттерине концентрациясынын, рН маанисинин жана өзүнүн зарядынын тыгыздыгынын таасири талкууланды. Концентрация көбөйгөн сайын Ньютондун көрсөткүчү адегенде азайып, андан кийин азайган. Флюктуация, ал тургай, кайра көтөрүлүп, тиксотроптук жүрүм-турум 3% (массалык үлүшү) пайда болот. Заряддын орточо тыгыздыгы жогорку нөлдүк илешкектүүлүккө ээ болуу үчүн пайдалуу, ал эми рН анын илешкектүүлүгүнө аз таасир этет.

Негизги сөздөр:катиондук целлюлоза эфири; морфология; нөлдүк илешкектүүлүк; реология

Целлюлозанын туундулары жана алардын модификацияланган функционалдуу полимерлери физиологиялык жана санитардык продуктылар, нефтехимия, медицина, тамак-аш, жеке гигиеналык буюмдар, таңгактоо ж. жөндөмдүүлүгү, ал күнүмдүк химиялык заттарда, өзгөчө шампундарда кеңири колдонулат жана шампунь менен жуугандан кийин чачтын таралышын жакшыртат. Ошол эле учурда жакшы шайкеш келгендиктен, эки-бирде жана бардыгы-бирде шампуньдарда колдонсо болот. Ал ошондой эле жакшы колдонуу перспективасына ээ жана ар кандай өлкөлөрдүн көңүлүн бурду. Адабияттарда целлюлоза туунду эритмелери концентрациясынын жогорулашы менен Ньютон суюктугу, псевдопластикалык суюктук, тиксотроптук суюктук жана илешкектүү суюктук сыяктуу жүрүм-турумдарды көрсөтөт, бирок суудагы эритмедеги катиондук целлюлоза эфиринин морфологиясы, реологиясы жана таасир этүүчү факторлору аз. изилдөө отчеттору. Бул документ практикалык колдонуу үчүн маалымдама берүү максатында, төртүнчү аммоний модификацияланган целлюлоза суу эритмесинин реологиялык жүрүм-турумуна багытталган.

1. Эксперименталдык бөлүгү

1.1 Чийки заттар

Катиондук целлюлоза эфири (KG-30M, JR-30M, LR-30M); Canada Dow Chemical Company продуктусу, Япониядагы Procter & Gamble компаниясы Кобе R&D борбору тарабынан берилген, Vario EL элементалдык анализатору (Германдык Elemental компаниясы) тарабынан өлчөнгөн үлгү азоттун мазмуну тиешелүүлүгүнө жараша 2,7%, 1,8%, 1,0% (заряддын тыгыздыгы 1,9 Meq/g, 1,25 Meq/g, 0,7 Meq/g) жана ал Германиянын ALV-5000E лазердик жарык чачуучу аспап (LLS) тарабынан текшерилген, анын салмагы орточо молекулярдык салмагы болжол менен 1,64 болуп саналат.×106 г/моль.

1.2 Эритмени даярдоо

Үлгү чыпкалоо, диализ жана тоңдургуч кургатуу жолу менен тазаланган. Тиешелүүлүгүнө жараша үч сандык үлгүлөрдүн сериясын таразалап, керектүү концентрацияны даярдоо үчүн рН 4,00, 6,86, 9,18 стандарттык буфердик эритмени кошуңуз. Үлгүлөрдүн толук эригендигин камсыз кылуу үчүн бардык үлгү эритмелери сыноодон мурун 48 саатка магниттик аралаштыргычка коюлган.

1.3 Жарыктын чачырандылыгын өлчөө

Суюлтулган суу эритмесинде үлгүнүн орточо салмактык молекулярдык салмагын өлчөө үчүн LLS колдонуңуз, гидродинамикалык радиусу жана экинчи Вилли коэффициенти жана ар түрдүү бурчтар болгондо, айлануунун орточо квадраттык радиусу,) жана бул катиондук целлюлоза эфири суулуу эритменин катышы статусу боюнча.

1.4 Илешкектүүлүгүн өлчөө жана реологиялык изилдөө

Концентрацияланган CCE эритмеси Brookfield RVDV-III+ реометри тарабынан изилденген жана концентрациянын, заряддын тыгыздыгынын жана рН маанисинин үлгүнүн илешкектүүлүгү сыяктуу реологиялык касиеттерге тийгизген таасири изилденген. Жогорку концентрацияда анын тиксотропиясын изилдөө керек.

2. Жыйынтыктар жана талкуу

2.1 Жарыктын чачырандылыгы боюнча изилдөө

Өзгөчө молекулярдык түзүлүшүнөн улам жакшы эриткичте да бир молекула түрүндө, бирок белгилүү бир туруктуу мицеллалар, кластерлер же ассоциациялар түрүндө жашоо кыйын.

CCE суюлтулган суу эритмеси (~o.1%) поляризациялоочу микроскоп менен байкалганда, кара кайчылаш ортогоналдык талаанын фонунда "жылдыз" жаркыраган тактар ​​жана жаркыраган тилкелер пайда болду. Андан ары жарык чачыратуу менен мүнөздөлөт, ар кандай рН жана бурчтардагы динамикалык гидродинамикалык радиус, айлануунун орточо квадраттык радиусу жана Берри диаграммасынан алынган экинчи Вилли коэффициенти Таблицада келтирилген. 1. 10-5 концентрацияда алынган гидродинамикалык радиус функциясынын таралуу графиги негизинен жалгыз чоку, бирок таралышы абдан кенен (1-сүрөт), системада молекулалык деңгээлдеги ассоциациялар жана ири агрегаттар бар экенин көрсөтүп турат. ; Өзгөрүүлөр бар жана Rg/Rb маанилери 0,775тин тегерегинде, бул эритмедеги CCE формасы сферага жакын, бирок жетиштүү деңгээлде эмес экенин көрсөтүп турат. Rb жана Rg боюнча рН таасири ачык эмес. Буфердик эритмедеги контрион анын каптал чынжырындагы зарядды коргоп, аны кичирейтүү үчүн CCE менен өз ара аракеттенет, бирок айырма контриондун түрүнө жараша өзгөрөт. Заряддалган полимерлердин жарык чачыранды өлчөөлөрү узак аралыктагы күчтөрдүн өз ара аракеттенүүсүнө жана тышкы интерференцияга кабылат, ошондуктан LLS мүнөздөмөсүндө белгилүү каталар жана чектөөлөр бар. Массалык үлүшү 0,02% дан жогору болгондо, Rh бөлүштүрүүнүн диаграммасында көбүнчө ажырагыс кош чокулар же ал тургай бир нече чокулар болот. Концентрациясы көбөйгөн сайын, Rh да көбөйөт, бул көбүрөөк макромолекулалар менен байланышкан же ал тургай бириктирилгенин көрсөтөт. Као жана башкалар. карбоксиметил целлюлозанын сополимерин жана беттик-активдүү макромерлерди изилдөө үчүн жарык чачыранды колдонгон, ошондой эле ажырагыс кош чокулар болгон, алардын бири молекулалык деңгээлде мицеллалардын пайда болушун билдирген 30нм жана 100нм ортосунда болгон, ал эми экинчиси Rh чокусу салыштырмалуу ири, агрегат болуп эсептелинет, бул эмгекте аныкталган натыйжаларга окшош.

2.2 Реологиялык жүрүм-турумду изилдөө

2.2.1 Концентрациянын таасири:KG-30M эритмелеринин көрүнүүчү илешкектүүлүгүн ар кандай жылышуу ылдамдыктарында жана Оствальд-Девале сунуш кылган күч мыйзамынын теңдемесинин логарифмдик формасына ылайык, массалык үлүшү 0,7% дан ашпаганда жана бир катар түз сызыктарды өлчөңүз. 0,99дан ашкан сызыктуу корреляция коэффициенттери менен алынган. Жана концентрация өскөн сайын Ньютондун көрсөткүчүнүн n мааниси азаят (бардыгы 1ден аз), ачык псевдопластикалык суюктукту көрсөтөт. Жыйылуу күчүнүн таасири астында макромолекулярдык чынжырлар ачылып, багыт ала баштайт, ошондуктан илешкектүүлүк төмөндөйт. Массалык үлүшү 0,7% ашык болгондо, алынган түз сызыктын сызыктуу корреляция коэффициенти төмөндөйт (болжол менен 0,98), ал эми n концентрациясынын көбөйүшү менен өзгөрүп, ал тургай көтөрүлө баштайт; массалык үлүшү 3% жеткенде (2-сүрөт), таблица Көрүнүп турган илешкектүүлүк адегенде көбөйөт, андан кийин жылышуу ылдамдыгынын өсүшү менен төмөндөйт. Бул кубулуштардын сериясы башка аниондук жана катиондук полимердик эритмелердин отчетторунан айырмаланат. n мааниси жогорулайт, башкача айтканда, Ньютондук эмес касиет алсызданат; Ньютон суюктугу илешкектүү суюктук болуп саналат, ал эми молекулалар аралык тайып жылышуу стрессинин таасири астында пайда болот жана аны калыбына келтирүүгө болбойт; Ньютондук эмес суюктук калыбына келүүчү ийкемдүү бөлүгүн жана калыбына келбеген илешкектүү бөлүгүн камтыйт. Жылуу чыңалуусунун таасири астында молекулалар арасында кайтпас тайгалак болот жана ошол эле учурда макромолекулалар чоюлуп, жылышуу менен ориентациялангандыктан калыбына келүүчү серпилгич бөлүгү пайда болот. Тышкы күч алынып салынганда, макромолекулалар баштапкы ийилген формага кайтып келишет, ошондуктан n мааниси жогорулайт. Тармактык структураны түзүү үчүн концентрация көбөйө берет. Жылуу чыңалуу аз болгондо, ал бузулбайт, бир гана серпилгич деформация пайда болот. Бул учурда ийкемдүүлүк салыштырмалуу күчөйт, илешкектүүлүк алсырап, n мааниси төмөндөйт; өлчөө процессинде жылма стресс акырындык менен көбөйүп баратат, ошондуктан n Маани өзгөрүп турат. Массалык үлүшү 3%ке жеткенде көрүнөө илешкектүүлүк адегенде көбөйүп, андан кийин азаят, анткени майда жылышуу макромолекулалардын кагылышуусуна көмөктөшүп, чоң агрегаттарды пайда кылат, ошондуктан илешкектүүлүк жогорулайт, ал эми жылма чыңалуу агрегаттарды үзүүнү улантат. , илешкектүүлүк кайра төмөндөйт.

Тиксотропияны изилдөөдө каалаган уга жетүү үчүн ылдамдыкты (р/мин) орнотуңуз, белгиленген мааниге жеткенге чейин ылдамдыкты үзгүлтүксүз аралыкта көбөйтүңүз, андан кийин тиешелүү ылдамдыкты алуу үчүн максималдуу ылдамдыктан кайра баштапкы мааниге тез төмөндөтүңүз. Жылуу чыңалуу, анын жылышуу ылдамдыгы менен болгон байланышы 3-сүрөттө көрсөтүлгөн. Массалык үлүшү 2,5% дан аз болгондо, өйдө карай ийри сызык менен ылдый ийри сызык толугу менен бири-бирине дал келет, бирок масса үлүшү 3% болгондо эки сызык жок. узунураак бири-бирине дал келет, ал эми ылдый карай сызык артта калып, тиксотропияны көрсөтөт.

Жылуу стрессинин убакытка көз карандылыгы реологиялык каршылык деп аталат. Реологиялык каршылык – тиксотроптук түзүлүштөгү илешкектүү суюктуктардын жана суюктуктардын мүнөздүү жүрүм-туруму. y канчалык чоңураак болсо, ошончолук r тең салмактуулукка тез жетет, убакытка көз карандылык азыраак болот; төмөнкү массалык үлүшү боюнча (<2%), CCE реологиялык каршылык көрсөтпөйт. Массалык үлүшү 2,5% га көбөйгөндө, ал убакыттын күчтүү көз карандылыгын көрсөтөт (4-сүрөт) жана тең салмактуулукка жетүү үчүн болжол менен 10 мүнөт талап кылынат, ал эми 3,0%да тең салмактуулук убактысы 50 мүнөттү талап кылат. Системанын жакшы тиксотропиясы практикалык колдонууга шарт түзөт.

2.2.2 Заряддын тыгыздыгынын таасири:Спенсер-Диллон эмпирикалык формуласынын логарифмдик формасы тандалып алынат, мында нөлдүк кесилген илешкектүүлүк, b ошол эле концентрацияда жана ар кандай температурада туруктуу болот жана ошол эле температурада концентрациянын жогорулашы менен көбөйөт. Оноги 1966-жылы кабыл алган күч мыйзамынын теңдемесине ылайык, М – полимердин салыштырмалуу молекулалык массасы, А жана В – туруктуулар, с – масса үлүшү (%). Fig.5 Үч ийри сызык 0,6% тегерегинде ачык ийилүүчү чекиттерге ээ, башкача айтканда, критикалык масса үлүшү бар. 0,6% дан ашык, нөлдүк илешкектүүлүк C концентрациясынын жогорулашы менен тез өсөт. Заряддын тыгыздыгы ар түрдүү болгон үч үлгүнүн ийри сызыктары абдан жакын. Ал эми, массалык үлүшү 0,2% жана 0,8% ортосунда болгондо, суутек байланыш бирикмеси белгилүү бир байланышты талап кылат, анткени, аз заряд тыгыздыгы менен LR үлгүсүнүн нөл кесилген илешкектүүлүгү, ири болуп саналат. Демек, заряддын тыгыздыгы макромолекулалардын иреттүү жана компакттуу жайгаша алабы же жокпу менен тыгыз байланышта; DSC тестирлөө аркылуу LR алсыз кристаллдашуу чокусуна ээ экени аныкталды, бул заряддын ылайыктуу тыгыздыгын көрсөтүп турат, ал эми нөлдүк илешкектүүлүк ошол эле концентрацияда жогору. Массалык үлүшү 0,2% дан аз болгондо LR эң кичине, анткени суюлтулган эритмеде заряддын тыгыздыгы аз макромолекулалар спиралдын ориентациясын түзүшү ыктымал, ошондуктан нөлдүк жылышуу илешкектүүлүгү төмөн. Бул коюу аткаруу жагынан жакшы жетектөөчү мааниге ээ.

2.2.3 рН эффекти: 6-сүрөт 0,05% дан 2,5%га чейинки масса үлүшүнүн чегинде ар кандай рНда өлчөнгөн натыйжа. 0,45% тегерегинде ийилүүчү чекит бар, бирок үч ийри сызык дээрлик бири-бирине дал келет, бул рН нөлдүк илешкектүүлүккө эч кандай ачык таасир этпей турганын көрсөтүп турат, бул аниондук целлюлоза эфиринин рНга сезгичтигинен бир топ айырмаланат.

3. Корутунду

KG-30M суюлтулган суу эритмеси LLS тарабынан изилденет жана алынган гидродинамикалык радиустун бөлүштүрүлүшү бир чоку болуп саналат. Бурчтан көз карандылыктан жана Rg/Rb катышынан анын формасы сферага жакын, бирок жетиштүү түрдө регулярдуу эмес деп тыянак чыгарууга болот. Үч заряд тыгыздыгы бар CCE эритмелери үчүн илешкектүүлүк концентрациясынын жогорулашы менен жогорулайт, бирок Ньютондун аңчылык саны n адегенде азаят, андан кийин термелүү жана ал тургай көтөрүлөт; рН илешкектүүлүккө аз таасир этет жана орточо заряд тыгыздыгы жогорку илешкектүүлүккө ээ болот.