Eegeschafte vun der kationescher Celluloseether Léisung

D'verdünnte Léisungseigenschaften vun engem kationesche Celluloseether mat héijer Ladungsdicht (KG-30M) bei verschiddene pH-Wäerter goufen mat engem Laser-Streuungsinstrument studéiert, aus dem hydrodynamesche Radius (Rh) a verschiddene Winkelen, an dem Wuerzelmëttel Quadratradius vun der Rotatioun. Rg D'Verhältnis zu Rh ofgeleet datt seng Form onregelméisseg ass awer no bei Kugelgestalt. Dann, mat der Hëllef vum Rheometer, goufen dräi konzentréiert Léisunge vu kationesche Celluloseethere mat verschiddene Ladungsdichten am Detail studéiert, an den Afloss vun der Konzentratioun, dem pH-Wäert an der eegener Ladungsdicht op seng rheologesch Eegeschafte goufe diskutéiert. Wéi d'Konzentratioun eropgeet, huet dem Newton säin Exponent als éischt ofgeholl an duerno ofgeholl. Fluktuatioun oder souguer Rebound geschitt, an thixotropescht Verhalen geschitt bei 3% (Massfraktioun). Eng moderéiert Ladungsdicht ass gutt fir eng méi héich Null-Schéier Viskositéit ze kréien, an de pH huet wéineg Effekt op seng Viskositéit.

Schlësselwierder:kationesch Celluloseether; Morphologie; Null Schéier Viskositéit; rheologie

Cellulose-Derivate an hir modifizéiert funktionell Polymere goufe wäit an de Beräicher vu physiologeschen a sanitäre Produkter, Petrochemikalien, Medizin, Liewensmëttel, perséinlech Betreiungsprodukter, Verpackungen, asw. Fäegkeet, et gëtt wäit an alldeegleche Chemikalien benotzt, besonnesch Shampoos, a kann d'Kombabilitéit vun den Hoer no Shampoing verbesseren. Zur selwechter Zäit, wéinst senger gudder Kompatibilitéit, kann et an zwee-an-een an all-an-een Shampoos benotzt ginn. Et huet och eng gutt Applikatioun Perspektiv an huet d'Opmierksamkeet vu verschiddene Länner ugezunn. Et gouf an der Literatur gemellt datt Cellulose-Derivatléisungen Verhalen wéi Newtonesch Flëssegkeet, pseudoplastesch Flëssegkeet, thixotropesch Flëssegkeet a viskoelastesch Flëssegkeet mat der Erhéijung vun der Konzentratioun weisen, awer d'Morphologie, Rheologie an Aflossfaktoren vum kationesche Celluloseether an der wässerlecher Léisung Et gi wéineg Fuerschung Rapporten. Dëse Pabeier konzentréiert sech op dat rheologescht Verhalen vun der quaternärer Ammoniummodifizéierter Cellulose-wässerlecher Léisung, fir eng Referenz fir praktesch Uwendung ze bidden.

1. Experimentell Deel

1.1 Matière première

Kationesch Celluloseether (KG-30M, JR-30M, LR-30M); Kanada Dow Chemical Company Produkt, geliwwert vum Procter & Gamble Company Kobe R&D Center a Japan, gemooss vum Vario EL Elemental Analyser (Däitsch Elemental Company), de Probe De Stickstoffgehalt ass 2,7%, 1,8%, 1,0% respektiv (d'Laaschtdicht ass 1,9 Meq/g, 1,25 Meq/g, respektiv 0,7 Meq/g), an et gëtt vum däitschen ALV-5000E Laser Liicht Scattering Instrument (LLS) getest, gemooss säi Gewiicht duerchschnëttlech molekulare Gewiicht ass ongeféier 1,64×106 g/mol

1.2 Léisung Virbereedung

D'Probe gouf gereinegt duerch Filtratioun, Dialyse a Gefriertrocknung. Waacht eng Serie vun dräi quantitative Proben respektiv, a füügt Standardbufferléisung mat pH 4,00, 6,86, 9,18 derbäi fir déi erfuerderlech Konzentratioun ze preparéieren. Fir sécherzestellen datt d'Proben voll opgeléist goufen, goufen all Proufléisungen op engem magnetesche Rührer fir 48 Stonnen virum Test gesat.

1.3 Liicht Streu Mooss

Benotzt LLS fir d'Gewiicht duerchschnëttlech Molekularegewiicht vun der Probe an enger verdënnter wässerlecher Léisung ze moossen, den hydrodynamesche Radius an de Wuerzel mëttlere Quadratrotatiounsradius wann den zweete Villi Koeffizient a verschidde Winkelen,) an ofgeleet datt dës kationesch Celluloseether am der wässerlecher Léisung duerch säi Verhältnis Status.

1.4 Viskositéitsmessung an rheologesch Untersuchung

Déi konzentréiert CCE-Léisung gouf vum Brookfield RVDV-III+ Rheometer studéiert, an den Afloss vun der Konzentratioun, der Ladungsdicht an dem pH-Wäert op rheologesch Eegeschafte wéi Probeviskositéit gouf ënnersicht. Bei méi héije Konzentratioune ass et néideg seng Thixotropie z'ënnersichen.

2. Resultater an Diskussioun

2.1 Fuerschung iwwer Liichtverstreuung

Wéinst senger spezieller molekulare Struktur ass et schwéier a Form vun engem eenzege Molekül och an engem gudde Léisungsmëttel ze existéieren, awer a Form vu bestëmmte stabile Mizellen, Cluster oder Associatiounen.

Wann d'verdünnte wässerlech Léisung (~ o.1%) vun CCE mat engem polariséierende Mikroskop observéiert gouf, ënner dem Hannergrond vum schwaarze Kräiz orthogonalen Feld, sinn "Stär" hell Flecken an hell Baren erschéngen. Et ass weider charakteriséiert duerch d'Liichtstreeung, den dynamesche hydrodynamesche Radius bei verschiddene pH a Winkelen, de Wuerzelmëttlere Quadratradius vun der Rotatioun an den zweete Villi Koeffizient, deen aus dem Berry Diagramm kritt gëtt, sinn an Tab opgezielt. 1. D'Verdeelungsgrafik vun der hydrodynamescher Radiusfunktioun, déi bei enger Konzentratioun vu 10-5 kritt gëtt, ass haaptsächlech een eenzegen Peak, awer d'Verdeelung ass ganz breet (Fig. 1), wat beweist datt et molekulare Niveau Associatiounen a grouss Aggregaten am System sinn. ; Et ginn Ännerungen, an d'Rg / Rb Wäerter sinn all ronderëm 0,775, wat beweist datt d'Form vum CCE an der Léisung no bei Kugelgestalt ass, awer net regelméisseg genuch. Den Effekt vum pH op Rb a Rg ass net offensichtlech. De Konterion an der Pufferléisung interagéiert mat CCE fir d'Laascht op senger Säitekette ze schützen an et ze schrumpfen, awer den Ënnerscheed variéiert mat der Aart vu Konterion. D'Liichtstreetmiessung vu geluedenen Polymeren ass ufälleg fir Wäitwäit Kraaftinteraktioun an extern Interferenz, sou datt et gewësse Feeler a Aschränkungen an der LLS Charakteriséierung sinn. Wann d'Massfraktioun méi grouss ass wéi 0,02%, ginn et meeschtens onseparabel duebel Peaks oder souguer multiple Peaks am Rh Verdeelungsdiagramm. Wéi d'Konzentratioun eropgeet, erhéicht de Rh och, wat beweist datt méi Makromoleküle verbonne sinn oder souguer aggregéiert sinn. Wann Cao et al. d'Liichtstreie benotzt fir de Copolymer vu Carboxymethylcellulose an Uewerflächaktiven Makromeren ze studéieren, goufen et och onseparabel duebel Peaks, vun deenen een tëscht 30nm an 100nm war, wat d'Bildung vu Mizellen um molekulare Niveau representéiert, an déi aner De Peak Rh ass relativ relativ grouss, déi als Aggregat ugesi gëtt, wat ähnlech ass wéi d'Resultater, déi an dësem Pabeier festgeluegt sinn.

2.2 Fuerschung iwwer rheologesch Verhalen

2.2.1 Effekt vun der Konzentratioun:Mooss d'scheinbar Viskositéit vu KG-30M Léisunge mat verschiddene Konzentratioune bei verschiddene Schéierraten, an no der logarithmescher Form vun der Kraaftgesetzequatioun proposéiert vun Ostwald-Dewaele, wann d'Massfraktioun net méi wéi 0,7% ass, an eng Serie vu riichter Linnen mat linearer Korrelatiounskoeffizienten méi wéi 0,99 goufen kritt. A wéi d'Konzentratioun eropgeet, geet de Wäert vum Newton säin Exponent n erof (all manner wéi 1), wat eng offensichtlech pseudoplastesch Flëssegkeet weist. Ugedriwwe vun der Schéierkraaft, fänken d'makromolekulär Ketten unzefänken an ze orientéieren, sou datt d'Viskositéit erofgeet. Wann d'Massfraktioun méi wéi 0,7% ass, fällt de linear Korrelatiounskoeffizient vun der erhalener riichter Linn erof (ongeféier 0,98), an n fänkt mat der Erhéijung vun der Konzentratioun ze schwanken oder souguer erop ze klammen; wann d'Massfraktioun 3% erreecht (Fig. 2), den Dësch D'scheinbar Viskositéit erhéicht fir d'éischt a fällt dann mat der Erhéijung vun der Schéierrate. Dës Serie vu Phänomener ënnerscheet sech vun de Berichter vun aneren anioneschen a kationesche Polymerléisungen. D'n Wäert klëmmt, dat heescht, datt d'Net-Newtonian Besëtz geschwächt; Newtonian Flëssegkeet ass eng viskos Flëssegkeet, an intermolekulare Rutsch geschitt ënner der Handlung vu Schéierstress, an et kann net erëmfonnt ginn; Net-Newtonian Flëssegkeet enthält en erhuelbaren elasteschen Deel an en onerhuelbare viskosen Deel. Ënnert der Handlung vu Schéierstress geschitt den irreversiblen Rutsch tëscht Moleküle, a gläichzäiteg, well d'Makromoleküle gestreckt a mat der Schéier orientéiert sinn, gëtt en erhuelbare elastesche Deel geformt. Wann déi extern Kraaft ewechgeholl gëtt, tendéieren d'Makromoleküle zréck an déi ursprénglech gekrauselt Form, sou datt de Wäert vun n eropgeet. D'Konzentratioun geet weider erop fir eng Netzwierkstruktur ze bilden. Wann de Schéierstress kleng ass, gëtt et net zerstéiert, an nëmmen elastesch Verformung geschitt. Zu dëser Zäit gëtt d'Elastizitéit relativ verstäerkt, d'Viskositéit gëtt geschwächt, an de Wäert vun n wäert erofgoen; wärend de Schéierspannung lues a lues am Miessprozess eropgeet, sou datt n De Wäert schwankt. Wann d'Massfraktioun 3% erreecht, erhéicht d'scheinbar Viskositéit fir d'éischt an da geet erof, well déi kleng Schéier d'Kollisioun vu Makromoleküle fördert fir grouss Aggregaten ze bilden, sou datt d'Viskositéit eropgeet, an de Schéierstress weider d'Aggregate briechen. , wäert d'Viskositéit erëm erofgoen.

An der Untersuchung vun der Thixotropie, setzt d'Geschwindegkeet (r/min) fir de gewënschtenen y z'erreechen, erhéicht d'Geschwindegkeet a reegelméissegen Intervalle bis se de festgeluegte Wäert erreecht, an da séier vun der maximaler Geschwindegkeet zréck op den initialen Wäert erofsetzen fir de entspriechende Wäert ze kréien De Schéierspannung, seng Relatioun mat der Schéierquote gëtt an der Fig. 3. Wann d'Massfraktioun manner wéi 2,5% ass, iwwerlappt d'Upward Curve an d'Downward Curve komplett, awer wann d'Massfraktioun 3% ass, sinn déi zwou Linnen nee méi laang Iwwerlappung, an d'Linn no ënnen hannerlooss, wat Thixotropie beweist.

D'Zäitabhängegkeet vu Schéierstress ass bekannt als rheologesch Resistenz. Rheologesch Resistenz ass e charakteristescht Verhalen vu viskoelastesche Flëssegkeeten a Flëssegkeete mat thixotropesche Strukturen. Et gëtt festgestallt, datt wat méi grouss y an der selwechter Massefraktioun ass, wat méi séier r d'Gläichgewiicht erreecht an d'Zäitabhängegkeet méi kleng ass; bei enger méi niddereger Massfraktioun (<2%) weist CCE keng rheologesch Resistenz. Wann d'Massfraktioun op 2,5% eropgeet, weist et eng staark Zäitofhängegkeet (Fig. 4), an et dauert ongeféier 10 Minutten fir d'Gläichgewiicht z'erreechen, während bei 3,0% d'Gläichgewiicht Zäit 50 Minutten dauert. Déi gutt Thixotropie vum System huet fir praktesch Applikatioun förderlech.

2.2.2 Den Effekt vun der Ladungsdicht:d'logarithmesch Form vun der Spencer-Dillon empiresch Formel ausgewielt, an deem d'Null-Schnëtt Viskositéit, b konstant bei der selwechter Konzentratioun a verschiddene Temperatur ass, a mat der Erhéijung vun Konzentratioun bei der selwechter Temperatur erop. No der Kraaftgesetzequatioun, déi vum Onogi am Joer 1966 ugeholl gouf, ass M déi relativ molekulare Mass vum Polymer, A a B si Konstanten, an c ass d'Massfraktioun (%). Fig.5 Déi dräi Kéiren hunn evident Inflektiounspunkte ronderëm 0,6%, dat heescht, et gëtt eng kritesch Massefraktioun. Méi wéi 0,6% erhéicht d'Null-Schéier-Viskositéit séier mat der Erhéijung vun der Konzentratioun C. D'Kéiren vun den dräi Proben mat verschiddene Ladungsdichte si ganz no. Am Géigesaz, wann d'Massfraktioun tëscht 0,2% an 0,8% ass, ass d'Nullgeschnidde Viskositéit vun der LR Probe mat der klengster Ladungsdicht déi gréisste, well d'Waasserstoffbindungsassociatioun e gewësse Kontakt erfuerdert. Dofir ass d'Laaschtdensitéit enk verbonne mat ob d'Makromoleküle op eng uerdentlech a kompakt Manéier arrangéiert kënne ginn; duerch DSC Testen, gëtt et fonnt datt LR e schwaache Kristalliséierungspeak huet, wat eng passend Ladungsdicht beweist, an d'Null-Schéierviskositéit ass méi héich bei der selwechter Konzentratioun. Wann d'Massfraktioun manner wéi 0,2% ass, ass LR dee klengste, well a verdënntem Léisung Makromoleküle mat gerénger Ladungsdicht méi wahrscheinlech d'Spileorientéierung bilden, sou datt d'Null-Schéierviskositéit niddereg ass. Dëst huet eng gutt guidéierend Bedeitung wat d'Verdickungsleistung ugeet.

2.2.3 pH Effekt: Fig. 6 ass d'Resultat gemooss bei verschiddene pH am Beräich vun 0,05% bis 2,5% Mass Fraktioun. Et gëtt en Inflektiounspunkt ëm 0,45%, awer déi dräi Kéiren iwwerlappen sech bal, wat beweist datt de pH keen offensichtlechen Effekt op d'Null-Schéierviskositéit huet, wat ganz anescht ass wéi d'Sensibilitéit vum anionesche Celluloseether op de pH.

3. Conclusioun

D'KG-30M verdënntem wässerlech Léisung gëtt vun LLS studéiert, an déi kritt hydrodynamesch Radiusverdeelung ass en eenzegen Héichpunkt. Vun der Wénkelabhängegkeet an dem Rg/Rb Verhältnis kann ofgeschloss ginn datt seng Form no bei Kugelgestalt ass, awer net regelméisseg genuch. Fir d'CCE-Léisungen mat dräi Ladungsdichten klëmmt d'Viskositéit mat der Erhéijung vun der Konzentratioun, awer d'Juegdzuel vum Newton n hëlt fir d'éischt erof, schwankt dann a klëmmt souguer; De pH huet wéineg Effekt op d'Viskositéit, an eng moderéiert Ladungsdicht kann eng méi héich Viskositéit kréien.