Pakaitalų ir molekulinės masės poveikis nejoninio celiuliozės eterio paviršiaus savybėms

Remiantis Washburn impregnavimo teorija (Penetration Theory) ir van Oss-Good-Chaudhury derinimo teorija (Combining Theory) ir stulpelio dagčio technologijos taikymu (Column Wicking Technique), keletas nejoninių celiuliozės eterių, tokių kaip metilceliuliozė. buvo išbandyta celiuliozė, hidroksipropilceliuliozė ir hidroksipropilmetilceliuliozė. Dėl šių celiuliozės eterių skirtingų pakaitų, pakeitimo laipsnių ir molekulinės masės jų paviršiaus energija ir komponentai labai skiriasi. Duomenys rodo, kad nejoninio celiuliozės eterio Lewiso bazė yra didesnė už Lewiso rūgštį, o pagrindinis paviršiaus laisvosios energijos komponentas yra Lifshitz-van der Waals jėga. Hidroksipropilo paviršiaus energija ir jo sudėtis yra didesnė nei hidroksimetilo. Esant prielaidai apie tą patį pakaitą ir pakeitimo laipsnį, hidroksipropilceliuliozės laisvoji paviršiaus energija yra proporcinga molekulinei masei; o hidroksipropilmetilceliuliozės paviršiaus laisvoji energija yra proporcinga pakeitimo laipsniui ir atvirkščiai proporcinga molekulinei masei. Eksperimento metu taip pat nustatyta, kad nejoniniame celiuliozės eteryje esančių pakaitų hidroksipropilo ir hidroksipropilmetilo paviršiaus energija atrodo didesnė už celiuliozės paviršiaus energiją, o eksperimentas įrodo, kad tiriamos celiuliozės paviršiaus energija ir jos sudėtis. atitinka literatūrą.

Pagrindiniai žodžiai: nejoniniai celiuliozės eteriai; pakaitai ir pakeitimo laipsniai; molekulinė masė; paviršiaus savybės; wick technologija

Celiuliozės eteris yra didelė celiuliozės darinių kategorija, kurią pagal jų eterio pakaitų cheminę struktūrą galima suskirstyti į anijoninius, katijoninius ir nejoninius eterius. Celiuliozės eteris taip pat yra vienas iš pirmųjų polimerų chemijos tyrimų ir pagamintų produktų. Iki šiol celiuliozės eteris buvo plačiai naudojamas medicinoje, higienoje, kosmetikoje ir maisto pramonėje.

Nors celiuliozės eteriai, tokie kaip hidroksimetilceliuliozė, hidroksipropilceliuliozė ir hidroksipropilmetilceliuliozė, buvo gaminami pramoniniu būdu ir ištirta daugelis jų savybių, jų paviršiaus energija, rūgštys, šarminės reakcijos, savybės iki šiol nebuvo praneštos. Kadangi dauguma šių produktų yra naudojami skystoje aplinkoje, o paviršiaus savybės, ypač rūgščių ir šarmų reakcijos charakteristikos, gali turėti įtakos jų naudojimui, labai svarbu ištirti ir suprasti šio komercinio celiuliozės eterio paviršiaus chemines savybes.

Atsižvelgiant į tai, kad celiuliozės darinių pavyzdžius labai lengva pakeisti keičiantis paruošimo sąlygoms, šiame darbe kaip pavyzdžiai naudojami komerciniai produktai, apibūdinantys jų paviršiaus energiją, o tuo remiantis – pakaitų ir tokių produktų molekulinių masių įtaką paviršiui. yra tiriamos savybės.

1. Eksperimentinė dalis

1.1 Žaliavos

Eksperimente naudojamas nejoninis celiuliozės eteris yra produktasKIMA CHEMICAL CO., LTD,. Mėginiai prieš tyrimą nebuvo apdoroti.

Atsižvelgiant į tai, kad celiuliozės dariniai yra pagaminti iš celiuliozės, šios dvi struktūros yra artimos, o celiuliozės paviršiaus savybės buvo aprašytos literatūroje, todėl šiame darbe celiuliozė naudojama kaip standartinis pavyzdys. Naudotas celiuliozės mėginys buvo pavadintas C8002 ir buvo pirktas išKIMA, CN. Bandymo metu mėginys nebuvo apdorotas.

Eksperimente naudojami reagentai: etanas, dijodmetanas, dejonizuotas vanduo, formamidas, toluenas, chloroformas. Visi skysčiai buvo analitiškai gryni produktai, išskyrus vandenį, kuris buvo parduodamas.

1.2 Eksperimentinis metodas

Šiame eksperimente buvo pritaikyta kolonėlės sugėrimo technika, o standartinės pipetės, kurios vidinis skersmuo 3 mm, dalis (apie 10 cm) buvo nupjauta kaip kolonėlės vamzdelis. Kiekvieną kartą į kolonėlės mėgintuvėlį įdėkite 200 mg miltelių pavidalo mėginio, tada suplakite, kad jis būtų lygus, ir vertikaliai padėkite ant stiklinio indo, kurio vidinis skersmuo yra apie 3 cm, dugno, kad skystis galėtų spontaniškai adsorbuotis. Pasverkite 1 mL tiriamo skysčio ir supilkite į stiklinį indą ir tuo pačiu metu užrašykite panardinimo trukmę t ir panardinimo atstumą X. Visi eksperimentai buvo atlikti kambario temperatūroje (25±1°C). Kiekvienas duomenys yra trijų kartotinių eksperimentų vidurkis.

1.3 Eksperimentinių duomenų apskaičiavimas

Teorinis kolonėlės nuvalymo technikos taikymo pagrindas miltelių medžiagų paviršiaus energijai tirti yra Washburn impregnavimo lygtis (Washburn penetration equation).

1.3.1 Išmatuoto mėginio kapiliarinio efektyvaus spindulio Reff nustatymas

Taikant Washburn panardinimo formulę, sąlyga visiškam sudrėkinimui yra cos=1. Tai reiškia, kad pasirinkus skystį panardinti į kietą medžiagą, kad būtų pasiekta visiškai drėgna būklė, mes galime apskaičiuoti išmatuoto mėginio kapiliarinį efektyvųjį spindulį Reff, išbandydami panardinimo atstumą ir laiką pagal specialų Washburn panardinimo formulės atvejį.

1.3.2. Lifshitz-van der Waals jėgos apskaičiavimas išmatuotam mėginiui

Pagal van Oss-Chaudhury-Good derinimo taisykles, skysčių ir kietųjų medžiagų reakcijų santykis.

1.3.3. Išmatuotų mėginių Lewiso rūgšties ir bazės jėgos apskaičiavimas

Apskritai kietųjų medžiagų rūgščių-šarmų savybės įvertinamos pagal duomenis, įmirkytus vandeniu ir formamidu. Tačiau šiame straipsnyje mes nustatėme, kad naudojant šią polinių skysčių porą celiuliozei matuoti nėra jokių problemų, bet atliekant celiuliozės eterio bandymą, nes vandens/formamido poliarinio tirpalo sistemos panardinimo į celiuliozės eterį aukštis yra per mažas. , todėl labai sunku įrašyti laiką. Todėl buvo pasirinkta Chibowsko įdiegta tolueno/chloroformo tirpalo sistema. Pasak Chibowskio, tolueno / chloroformo polinio tirpalo sistema taip pat yra galimybė. Taip yra todėl, kad šie du skysčiai turi labai ypatingą rūgštingumą ir šarmingumą, pavyzdžiui, toluenas neturi Lewiso rūgštingumo, o chloroformas neturi Lewiso šarmingumo. Kad tolueno / chloroformo tirpalo sistemos gauti duomenys būtų artimesni rekomenduojamai vandens / formamido poliarinių tirpalų sistemai, mes naudojame šias dvi polines skystas sistemas celiuliozės tyrimui tuo pačiu metu ir tada gauname atitinkamus išsiplėtimo arba susitraukimo koeficientus. prieš dengiant Duomenys, gauti impregnuojant celiuliozės eterį toluenu/chloroformu, yra artimi vandens/formamido sistemos išvadoms. Kadangi celiuliozės eteriai yra gaunami iš celiuliozės ir jų struktūra yra labai panaši, šis įvertinimo metodas gali būti tinkamas.

1.3.4 Bendrosios laisvosios paviršiaus energijos apskaičiavimas

2. Rezultatai ir aptarimas

2.1 Celiuliozės standartas

Kadangi mūsų bandymų su celiuliozės standartiniais mėginiais rezultatai parodė, kad šie duomenys gerai sutampa su literatūroje pateiktais duomenimis, galima pagrįstai manyti, kad reikėtų atsižvelgti ir į celiuliozės eterių bandymų rezultatus.

2.2 Bandymų rezultatai ir celiuliozės eterio aptarimas

Atliekant celiuliozės eterio bandymą, labai sunku užfiksuoti panardinimo atstumą ir laiką dėl labai mažo vandens ir formamido panardinimo aukščio. Todėl šiame darbe kaip alternatyvus tirpalas pasirenkama tolueno/chloroformo tirpalo sistema ir įvertinamas celiuliozės eterio Lewiso rūgštingumas, remiantis vandens/formamido ir tolueno/chloroformo celiuliozės tyrimų rezultatais ir proporcingu ryšiu tarp dviejų tirpalų sistemų. ir šarminė galia.

Paėmus celiuliozę kaip standartinį mėginį, pateikiamos celiuliozės eterių rūgščių ir šarmų charakteristikos. Kadangi celiuliozės eterio impregnavimo toluenu/chloroformu rezultatas yra tiesiogiai tikrinamas, tai įtikina.

Tai reiškia, kad pakaitalų tipas ir molekulinė masė turi įtakos celiuliozės eterio rūgšties ir bazės savybėms, o ryšys tarp dviejų pakaitų, hidroksipropilo ir hidroksipropilmetilo, priklauso nuo celiuliozės eterio rūgšties ir bazės savybių, o molekulinė masė yra visiškai priešinga. Tačiau tai taip pat gali būti susiję su tuo, kad parlamentarai yra mišrūs pakaitalai.

Kadangi MO43 ir K8913 pakaitai yra skirtingi ir turi tą pačią molekulinę masę, pavyzdžiui, pirmojo pakaitas yra hidroksimetilas, o pastarojo pakaitas yra hidroksipropilas, tačiau abiejų molekulinė masė yra 100 000, tai taip pat reiškia, kad tos pačios molekulinės masės prielaida Tokiomis aplinkybėmis hidroksimetilo grupės S+ ir S- gali būti mažesni už hidroksipropilo grupę. Tačiau galimas ir pakeitimo laipsnis, nes K8913 pakeitimo laipsnis yra apie 3,00, o MO43 - tik 1,90.

Kadangi K8913 ir K9113 pakeitimo laipsnis ir pakaitalai yra vienodi, bet skiriasi tik molekulinė masė, šių dviejų palyginimas rodo, kad hidroksipropilceliuliozės S+ mažėja didėjant molekulinei masei, o S- didėja priešingai. .

Iš visų celiuliozės eterių ir jų komponentų paviršiaus energijos bandymų rezultatų suvestinės matyti, kad nesvarbu, ar tai celiuliozė, ar celiuliozės eteris, pagrindinė jų paviršiaus energijos sudedamoji dalis yra Lifshitz-van der Waals jėga, apskaitanti apie 98% ~ 99%. Be to, šių nejoninių celiuliozės eterių (išskyrus MO43) Lifshitz-van der Waals jėgos taip pat dažniausiai yra didesnės nei celiuliozės, o tai rodo, kad celiuliozės eterinimo procesas taip pat yra Lifshitz-van der Waals jėgų didinimo procesas. Dėl šio padidėjimo celiuliozės eterio paviršiaus energija yra didesnė nei celiuliozės. Šis reiškinys labai įdomus, nes šie celiuliozės eteriai dažniausiai naudojami paviršinio aktyvumo medžiagų gamyboje. Tačiau duomenys verti dėmesio ne tik dėl to, kad šiame eksperimente ištirto etaloninio etaloninio mėginio duomenys labai atitinka literatūroje pateiktą vertę, bet ir duomenys apie etaloninį etaloninį mėginį itin atitinka literatūroje pateiktą vertę. pavyzdys: visa ši celiuliozė Eterių SAB yra žymiai mažesnis nei celiuliozės, ir tai yra dėl labai didelių Lewis bazių. Esant prielaidai apie tą patį pakaitą ir pakeitimo laipsnį, hidroksipropilceliuliozės laisvoji paviršiaus energija yra proporcinga molekulinei masei; o hidroksipropilmetilceliuliozės paviršiaus laisvoji energija yra proporcinga pakeitimo laipsniui ir atvirkščiai proporcinga molekulinei masei.

Be to, kadangi celiuliozės eteriai turi didesnį SLW nei celiuliozė, tačiau jau žinome, kad jų sklaidomumas yra geresnis nei celiuliozės, todėl preliminariai galima manyti, kad pagrindinė SLW sudedamoji dalis, sudaranti nejoninius celiuliozės eterius, turėtų būti Londono jėga.

3. Išvada

Tyrimai parodė, kad pakaito tipas, pakeitimo laipsnis ir molekulinė masė turi didelę įtaką nejoninio celiuliozės eterio paviršiaus energijai ir sudėčiai. Ir atrodo, kad šis poveikis turi tokį reguliarumą:

(1) Nejoninio celiuliozės eterio S+ yra mažesnis už S-.

(2) Nejoninio celiuliozės eterio paviršiaus energiją dominuoja Lifshitz-van der Waals jėga.

(3) Molekulinė masė ir pakaitalai turi įtakos nejoninių celiuliozės eterių paviršiaus energijai, tačiau tai daugiausia priklauso nuo pakaitų tipo.

(4) Pagal prielaidą, kad pakaitalai ir pakeitimo laipsnis yra tas pats, hidroksipropilceliuliozės laisvoji paviršiaus energija yra proporcinga molekulinei masei; o hidroksipropilmetilceliuliozės paviršiaus laisvoji energija yra proporcinga pakeitimo laipsniui ir atvirkščiai proporcinga molekulinei masei.

(5) Celiuliozės eterinimo procesas yra procesas, kurio metu Lifshitz-van der Waals jėga didėja, taip pat procesas, kurio metu Liuiso rūgštingumas mažėja ir Lewiso šarmingumas didėja.