Effekter vun Substituenten a Molekulare Gewiicht op Surface Properties vun nonionesche Cellulose Ether

Laut Washburn senger Imprägnatiounstheorie (Penetration Theory) a van Oss-Good-Chaudhury senger Kombinatiounstheorie (Combining Theory) an der Uwendung vun der Kolumnwicktechnologie (Column Wicking Technique), verschidde net-ionesch Celluloseetheren, wéi Methylcellulose. Cellulose, Hydroxypropylcellulose an Hydroxypropylmethylcellulose goufen getest. Wéinst de verschiddene Substituenten, Substitutiounsgraden a Molekulargewiicht vun dësen Celluloseetheren, sinn hir Uewerflächenenergien an hir Komponenten wesentlech anescht. D'Date weisen datt d'Lewis Basis vun net-ioneschen Celluloseether méi grouss ass wéi d'Lewis Säure, an den Haaptkomponent vun der Uewerflächefräier Energie ass d'Lifshitz-van der Waals Kraaft. D'Uewerflächenergie vum Hydroxypropyl a seng Zesummesetzung si méi grouss wéi déi vum Hydroxymethyl. Ënnert der Viraussetzung vum selwechte Substituent a Grad vun der Substitutioun ass d'Uewerflächefräi Energie vun Hydroxypropylcellulose proportional zum Molekulargewiicht; wärend d'Uewerflächfräi Energie vun Hydroxypropyl Methylcellulose proportional zum Grad vun der Substitutioun ass an ëmgekéiert proportional zum Molekulargewiicht. D'Experiment huet och festgestallt datt d'Uewerflächenergie vum Substituent Hydroxypropyl an Hydroxypropylmethyl am net-ioneschen Celluloseether méi grouss schéngt wéi d'Uewerflächenergie vun der Cellulose, an d'Experiment beweist datt d'Uewerflächenergie vun der getester Cellulose a senger Zesummesetzung. konsequent mat der Literatur.

Schlësselwierder: nonionic cellulose ethers; Substituenten a Grad vun Substitutioun; molekulare Gewiicht; Uewerfläch Eegeschafte; Wick Technologie

Celluloseether ass eng grouss Kategorie vu Cellulosederivater, déi an anionesch, kationesch an netionesch Ether opgedeelt kënne ginn no der chemescher Struktur vun hiren Ethersubstituenten. Celluloseether ass och ee vun de fréiste Produkter, déi an der Polymerchemie recherchéiert a produzéiert goufen. Bis elo gouf Celluloseether wäit an der Medizin, Hygiène, Kosmetik a Liewensmëttelindustrie benotzt.

Obwuel Celluloseethers, wéi Hydroxymethylcellulose, Hydroxypropylcellulose an Hydroxypropylmethylcellulose, industriell produzéiert goufen a vill vun hiren Eegeschaften studéiert goufen, sinn hir Uewerflächenergie, sauer Alkali-reaktiv Eegeschafte bis elo net gemellt ginn. Well déi meescht vun dëse Produkter an engem flëssege Ëmfeld benotzt ginn, an d'Uewerflächeeigenschaften, besonnesch d'Säure-Basisreaktiounseigenschaften, wahrscheinlech hir Notzung beaflossen, ass et ganz noutwendeg d'Uewerflächchemesch Charakteristike vun dësem kommerziellen Celluloseether ze studéieren an ze verstoen.

Bedenkt datt d'Proben vun Cellulosederivate ganz einfach mat der Verännerung vun de Virbereedungsbedéngungen z'änneren, benotzt dëse Pabeier kommerziell Produkter als Proben fir hir Uewerflächenergie ze charakteriséieren, a baséiert op dësem den Afloss vu Substituenten a Molekulargewiicht vun esou Produkter op der Uewerfläch. Eegeschafte gëtt studéiert.

1. Experimentell Deel

1.1 Matière première

Den net-ionesche Celluloseether, deen am Experiment benotzt gëtt, ass d'Produkt vunKIMA CHEMICAL CO., LTD,. D'Echantillon goufen virum Test keng Behandlung ënnerworf.

Bedenkt datt Cellulosederivate aus Cellulose gemaach ginn, sinn déi zwee Strukturen no, an d'Uewerflächeeigenschaften vun der Cellulose goufen an der Literatur gemellt, sou datt dëse Pabeier Cellulose als Standardprobe benotzt. D'Zelluloseprobe benotzt gouf mam Code C8002 a gouf kaaft vunKIMA, CN. D'Probe gouf während dem Test keng Behandlung ënnerworf.

D'Reagenser, déi am Experiment benotzt ginn, sinn: Ethan, Diiodomethan, deioniséiertem Waasser, Formamid, Toluen, Chloroform. All Flëssegkeete waren analytesch reng Produkter ausser Waasser dat kommerziell verfügbar war.

1.2 Experimentell Method

An dësem Experiment gouf d'Kolonn-Wicking-Technik ugeholl, an eng Sektioun (ongeféier 10 cm) vun enger Standardpipette mat engem banneschten Duerchmiesser vun 3 mm gouf als Kolonnröhr geschnidden. All Kéiers 200 mg pulveriséierter Probe an d'Kolonnröhr setzen, da rëselt se fir et egal ze maachen a setzt se vertikal um Buedem vum Glascontainer mat engem banneschten Duerchmiesser vu ronn 3 cm, sou datt d'Flëssegkeet spontan adsorbéiert ka ginn. Waacht 1 ml vun der Flëssegkeet déi getest gëtt a setzt se an e Glascontainer, a notéiert d'Immersiounszäit t an d'Immersiounsdistanz X zur selwechter Zäit. All Experimenter goufen bei Raumtemperatur (25±1°C). All Donnéeën ass den Duerchschnëtt vun dräi replizéiert Experimenter.

1.3 Berechnung vun experimentell Donnéeën

Déi theoretesch Basis fir d'Applikatioun vun der Kolonnwicking Technik fir d'Uewerflächenergie vu Puddermaterialien ze testen ass d'Washburn Imprägnatiounsgleichung (Washburn Penetratiounsgleichung).

1.3.1 Bestëmmung vun der capillary effektiv Radius Reff vun der gemooss Prouf

Wann Dir d'Washburn Tauchformel applizéiert, ass d'Konditioun fir eng komplett Befeuchtung ze erreechen cos = 1. Dëst bedeit datt wann eng Flëssegkeet ausgewielt gëtt fir an e Feststoff ze tauchen fir e voll naass Zoustand z'erreechen, kënne mir de kapilläre effektive Radius Reff vun der gemoosser Probe berechnen andeems d'Immersiounsdistanz an d'Zäit no engem spezielle Fall vun der Washburn Tauchformel testen.

1.3.2 Lifshitz-van der Waals Kraaftberechnung fir de gemoossene Probe

No van Oss-Chaudhury-Good d'Kombinatiounsregelen, d'Relatioun tëscht de Reaktiounen tëscht Flëssegkeeten a Feststoffer.

1.3.3 Berechnung vun Lewis Säure-Basis Kraaft vun de gemooss Echantillon

Am Allgemengen ginn d'Säure-Basis Eegeschafte vu Feststoffer aus Daten geschätzt, déi mat Waasser a Formamid imprägnéiert sinn. Awer an dësem Artikel hu mir festgestallt datt et kee Problem ass wann Dir dëst Paar polare Flëssegkeete benotzt fir Cellulose ze moossen, awer am Test vu Celluloseether, well d'Immersiounshéicht vum polare Léisungssystem vu Waasser / Formamid am Celluloseether ze niddreg ass , mécht Zäitopnam ganz schwéier. Dofir gouf den Toluen / Chloroform Léisungssystem agefouert vum Chibowsk ausgewielt. Laut Chibowski ass en Toluen / Chloroform polare Léisungssystem och eng Optioun. Dëst ass well dës zwee Flëssegkeete ganz speziell Aciditéit an Alkalinitéit hunn, zum Beispill, Toluen huet keng Lewis Aciditéit, a Chloroform huet keng Lewis Alkalinitéit. Fir d'Donnéeën, déi vum Toluen / Chloroform Léisungssystem kritt ginn, méi no un de recommandéierte polare Léisungssystem vu Waasser / Formamid ze kréien, benotze mir dës zwee polare Flëssegkeetssystemer fir Zellulose gläichzäiteg ze testen, an dann déi entspriechend Expansioun oder Kontraktiounskoeffizienten ze kréien virun der Applikatioun D'Donnéeën, déi duerch Imprägnatioun vu Celluloseether mat Toluen / Chloroform kritt goufen, sinn no bei de Conclusiounen, déi fir de Waasser / Formamid System kritt goufen. Zënter Celluloseetherer aus Cellulose ofgeleet ginn an et eng ganz ähnlech Struktur tëscht deenen zwee gëtt, kann dës Schätzungsmethod valabel sinn.

1.3.4 Berechnung vun total Uewerfläch fräi Energie

2. Resultater an Diskussioun

2.1 Cellulose Standard

Zënter eis Testresultater op Cellulose Standard Echantillon fonnt hunn datt dës Donnéeën am gudden Accord sinn mat deenen, déi an der Literatur gemellt goufen, ass et raisonnabel ze gleewen datt d'Testresultater op Celluloseethers och berücksichtegt solle ginn.

2.2 Test Resultater an Diskussioun vun cellulose Ether

Wärend dem Test vu Celluloseether ass et ganz schwéier d'Immersiounsdistanz an d'Zäit ze notéieren wéinst der ganz niddereger Tauchhöhe vu Waasser a Formamid. Dofir wielt dëse Pabeier den Toluen / Chloroform Léisungssystem als alternativ Léisung, a schätzt d'Lewis Aciditéit vum Celluloseether baséiert op den Testresultater vu Waasser / Formamid an Toluen / Chloroform op Cellulose an d'Proportional Relatioun tëscht den zwee Léisungssystemer. an alkalesch Kraaft.

Wann Dir Cellulose als Standardprobe hëlt, ginn eng Serie vu Säure-Basiseigenschaften vun Celluloseetherer uginn. Well d'Resultat vun der Imprägnatioun vu Celluloseether mat Toluen / Chloroform direkt getest gëtt, ass et iwwerzeegend.

Dëst bedeit datt d'Typ an d'molekulare Gewiicht vun de Substituenten d'Säure-Basiseigenschaften vum Celluloseether beaflossen, an d'Relatioun tëscht den zwee Substituenten, Hydroxypropyl an Hydroxypropylmethyl, op d'Säure-Basiseigenschaften vum Celluloseether an dem Molekulargewiicht komplett Géigendeel. Mä et kéint och mat der Tatsaach verbonne sinn, datt Deputéierte gemëschte Substituenten sinn.

Well d'Substituenten vu MO43 a K8913 ënnerschiddlech sinn an datselwecht Molekulargewiicht hunn, zum Beispill, ass de Substituent vum fréiere Hydroxymethyl an de Substituent vun deem Leschten ass Hydroxypropyl, awer d'Molekulargewiicht vu béiden ass 100.000, also heescht et och datt de Viraussetzung vum selwechte Molekulargewiicht Ënner den Ëmstänn kënnen d'S+ an S- vun der Hydroxymethylgrupp méi kleng sinn wéi d'Hydroxypropylgrupp. Awer de Substitutiounsgrad ass och méiglech, well de Substitutiounsgrad vu K8913 ongeféier 3,00 ass, während dee vum MO43 nëmmen 1,90 ass.

Zënter dem Substitutiounsgrad a Substituenten vu K8913 a K9113 d'selwecht sinn awer nëmmen d'Molekulargewiicht ass anescht, weist de Verglach tëscht deenen zwee datt de S + vun der Hydroxypropylcellulose erofgeet mat der Erhéijung vum Molekularegewiicht, awer S- eropgeet am Géigendeel. .

Aus dem Zesummefaassung vun den Testresultater vun der Uewerflächenergie vun allen Celluloseetheren an hire Bestanddeeler, kann et gesi ginn, datt ob et Cellulose oder Celluloseether ass, den Haaptkomponent vun hirer Uewerflächenergie d'Lifshitz-van der Waals Kraaft ass, berechent fir ongeféier 98% ~ 99%. Ausserdeem sinn d'Lifshitz-van der Waals Kräfte vun dësen nonionesche Celluloseetheren (ausser MO43) och meeschtens méi grouss wéi déi vun der Cellulose, wat beweist datt den Etherifikatiounsprozess vun der Cellulose och e Prozess ass fir d'Lifshitz-van der Waals Kräften ze erhéijen. An dës Erhéijunge féieren dozou datt d'Uewerflächenergie vum Celluloseether méi grouss ass wéi déi vun der Cellulose. Dëst Phänomen ass ganz interessant well dës Celluloseetherer allgemeng an der Produktioun vun Surfaktanten benotzt ginn. Awer d'Donnéeën sinn bemierkenswäert, net nëmme well d'Donnéeën iwwer d'Referenzstandard Probe, déi an dësem Experiment getest gouf, extrem konsequent mam Wäert an der Literatur gemellt sinn, sinn d'Donnéeën iwwer d'Referenzstandard Probe extrem konsequent mam Wäert, deen an der Literatur gemellt gëtt, fir Beispill: all dës Cellulose D'SAB vun Etheren ass wesentlech méi kleng wéi dee vun der Cellulose, an dëst ass wéinst hire ganz grousse Lewis Basen. Ënnert der Viraussetzung vum selwechte Substituent a Grad vun der Substitutioun ass d'Uewerflächefräi Energie vun Hydroxypropylcellulose proportional zum Molekulargewiicht; wärend d'Uewerflächfräi Energie vun Hydroxypropyl Methylcellulose proportional zum Grad vun der Substitutioun ass an ëmgekéiert proportional zum Molekulargewiicht.

Zousätzlech, well Celluloseethers méi grouss SLW wéi Cellulose hunn, awer mir wësse scho datt hir Dispersibilitéit besser ass wéi Cellulose, also kann et virleefeg berücksichtegt ginn datt den Haaptkomponent vum SLW, deen net-ionesche Celluloseethers ausmécht, d'London Kraaft soll sinn.

3. Conclusioun

Studien hu gewisen datt d'Aart vum Substituent, Substitutiounsgrad a Molekulargewiicht e groussen Afloss op d'Uewerflächenergie an d'Zesummesetzung vun net-ionesche Celluloseether hunn. An dësen Effekt schéngt déi folgend Regularitéit ze hunn:

(1) S+ vun net-ioneschen Celluloseether ass méi kleng wéi S-.

(2) D'Uewerflächenergie vum nonionesche Celluloseether gëtt vun der Lifshitz-van der Waals Kraaft dominéiert.

(3) Molekulare Gewiicht a Substituenten hunn en Effekt op d'Uewerflächenergie vun net-ionesche Celluloseethers, awer et hänkt haaptsächlech vun der Aart vun de Substituenten of.

(4) Ënnert der Viraussetzung vum selwechte Substituent a Grad vun der Substitutioun ass d'Uewerflächefräi Energie vun Hydroxypropylcellulose proportional zum Molekulargewiicht; wärend d'Uewerflächfräi Energie vun Hydroxypropyl Methylcellulose proportional zum Grad vun der Substitutioun ass an ëmgekéiert proportional zum Molekulargewiicht.

(5) Den Etherifikatiounsprozess vu Cellulose ass e Prozess an deem d'Lifshitz-van der Waals Kraaft eropgeet, an et ass och e Prozess an deem d'Lewis Aciditéit erofgeet an d'Lewis Alkalinitéit eropgeet.