Aizvietotāju un molekulmasas ietekme uz nejonu celulozes ētera virsmas īpašībām

Saskaņā ar Washburn impregnēšanas teoriju (iekļūšanas teorija) un van Oss-Good-Chaudhury kombinācijas teoriju (Combining Theory) un kolonnu dakts tehnoloģijas pielietojumu (Column Wicking Technique), vairāki nejonu celulozes ēteri, piemēram, metilceluloze. tika pārbaudīta celuloze, hidroksipropilceluloze un hidroksipropilmetilceluloze. Šo celulozes ēteru atšķirīgo aizvietotāju, aizvietošanas pakāpju un molekulmasu dēļ to virsmas enerģijas un to sastāvdaļas ievērojami atšķiras. Dati liecina, ka nejonu celulozes ētera Lūisa bāze ir lielāka nekā Lūisa skābe, un galvenā virsmas brīvās enerģijas sastāvdaļa ir Lifšica-van der Vālsa spēks. Hidroksipropila virsmas enerģija un tā sastāvs ir lielākas nekā hidroksimetilam. Saskaņā ar to pašu aizvietotāju un aizvietošanas pakāpi hidroksipropilcelulozes virsmas brīvā enerģija ir proporcionāla molekulmasai; savukārt hidroksipropilmetilcelulozes virsmas brīvā enerģija ir proporcionāla aizvietošanas pakāpei un apgriezti proporcionāla molekulmasai. Eksperimentā arī tika konstatēts, ka nejonu celulozes ēterī esošā hidroksipropila un hidroksipropilmetila aizvietotāja virsmas enerģija šķiet lielāka par celulozes virsmas enerģiju, un eksperiments pierāda, ka pārbaudītās celulozes virsmas enerģija un tās sastāvs. atbilst literatūrai.

Atslēgas vārdi: nejonu celulozes ēteri; aizvietotāji un aizvietošanas pakāpes; molekulmasa; virsmas īpašības; dakts tehnoloģija

Celulozes ēteris ir liela celulozes atvasinājumu kategorija, ko pēc to ētera aizvietotāju ķīmiskās struktūras var iedalīt anjonos, katjonos un nejonu ēteros. Celulozes ēteris ir arī viens no pirmajiem produktiem, kas pētīti un ražoti polimēru ķīmijā. Līdz šim celulozes ēteris ir plaši izmantots medicīnā, higiēnā, kosmētikā un pārtikas rūpniecībā.

Lai gan celulozes ēteri, piemēram, hidroksimetilceluloze, hidroksipropilceluloze un hidroksipropilmetilceluloze ir ražoti rūpnieciski un ir pētītas daudzas to īpašības, līdz šim nav ziņots par to virsmas enerģiju, skābēm, sārmu reaktīvām īpašībām. Tā kā lielākā daļa šo produktu tiek izmantoti šķidrā vidē, un virsmas īpašības, jo īpaši skābes-bāzes reakcijas īpašības, var ietekmēt to izmantošanu, ir ļoti nepieciešams izpētīt un izprast šī komerciālā celulozes ētera virsmas ķīmiskās īpašības.

Ņemot vērā, ka celulozes atvasinājumu paraugus ir ļoti viegli nomainīt, mainoties sagatavošanas apstākļiem, šajā darbā kā paraugi tiek izmantoti komerciālie produkti, lai raksturotu to virsmas enerģiju un, pamatojoties uz to, aizvietotāju un šādu produktu molekulmasu ietekmi uz virsmu. īpašības tiek pētītas.

1. Eksperimentālā daļa

1.1. Izejvielas

Eksperimentā izmantotais nejonu celulozes ēteris ir produkts noKIMA CHEMICAL CO., LTD,. Pirms testēšanas paraugi netika apstrādāti.

Ņemot vērā, ka celulozes atvasinājumi ir izgatavoti no celulozes, abas struktūras ir tuvas, un literatūrā ir ziņots par celulozes virsmas īpašībām, tāpēc šajā rakstā kā standarta paraugs tiek izmantota celuloze. Izmantotais celulozes paraugs ar koda nosaukumu C8002 tika iegādāts noKIMA, CN. Testa laikā paraugs netika apstrādāts.

Eksperimentā izmantotie reaģenti ir: etāns, dijodmetāns, dejonizēts ūdens, formamīds, toluols, hloroforms. Visi šķidrumi bija analītiski tīri produkti, izņemot ūdeni, kas bija komerciāli pieejams.

1.2. Eksperimentālā metode

Šajā eksperimentā tika izmantota kolonnas nosūkšanas tehnika, un kā kolonnas caurule tika izgriezta standarta pipetes daļa (apmēram 10 cm) ar iekšējo diametru 3 mm. Katru reizi kolonnas mēģenē ievietojiet 200 mg pulverveida parauga, pēc tam sakratiet, lai tas būtu vienmērīgs, un novietojiet to vertikāli stikla trauka apakšā, kura iekšējais diametrs ir aptuveni 3 cm, lai šķidrums varētu spontāni adsorbēties. Nosveriet 1 ml pārbaudāmā šķidruma un ievietojiet to stikla traukā un vienlaikus pierakstiet iegremdēšanas laiku t un iegremdēšanas attālumu X. Visi eksperimenti tika veikti istabas temperatūrā (25±1°C). Katrs dati ir trīs atkārtotu eksperimentu vidējais rādītājs.

1.3. Eksperimentālo datu aprēķins

Teorētiskais pamats kolonnu uzsūkšanas tehnikas pielietošanai, lai pārbaudītu pulvermateriālu virsmas enerģiju, ir Washburn impregnēšanas vienādojums (Washburn penetration equation).

1.3.1. Izmērītā parauga kapilārā efektīvā rādiusa Reff noteikšana

Izmantojot Washburn iegremdēšanas formulu, nosacījums pilnīgas mitrināšanas sasniegšanai ir cos=1. Tas nozīmē, ka, izvēloties šķidrumu iegremdēšanai cietā vielā, lai sasniegtu pilnībā mitru stāvokli, mēs varam aprēķināt izmērītā parauga kapilāro efektīvo rādiusu Reff, pārbaudot iegremdēšanas attālumu un laiku saskaņā ar īpašu Washburn iegremdēšanas formulas gadījumu.

1.3.2. Lifshitz-van der Waals spēka aprēķins izmērītajam paraugam

Saskaņā ar van Oss-Chaudhury-Good apvienošanas noteikumiem attiecības starp reakcijām starp šķidrumiem un cietām vielām.

1.3.3. Lūisa skābes bāzes spēka aprēķins izmērītajiem paraugiem

Kopumā cietvielu skābju-bāzes īpašības tiek novērtētas no datiem, kas piesūcināti ar ūdeni un formamīdu. Bet šajā rakstā mēs noskaidrojām, ka nav problēmu, izmantojot šo polāro šķidrumu pāri celulozes mērīšanai, bet gan celulozes ētera testā, jo ūdens/formamīda polāro šķīdumu sistēmas iegremdēšanas augstums celulozes ēterī ir pārāk zems. , padarot laika ierakstīšanu ļoti sarežģītu. Tāpēc tika izvēlēta Chibowsk ieviestā toluola/hloroforma šķīduma sistēma. Pēc Čibovska teiktā, iespēja ir arī toluola/hloroforma polāro šķīdumu sistēma. Tas ir tāpēc, ka šiem diviem šķidrumiem ir ļoti īpašs skābums un sārmainība, piemēram, toluolam nav Lūisa skābuma, un hloroformam nav Lūisa sārmainības. Lai toluola/hloroforma šķīduma sistēmas iegūtos datus tuvinātu ieteicamajai ūdens/formamīda polāro šķīdumu sistēmai, mēs izmantojam šīs divas polārās šķidruma sistēmas, lai vienlaicīgi pārbaudītu celulozi un pēc tam iegūtu atbilstošos izplešanās vai kontrakcijas koeficientus. pirms uzklāšanas Dati, kas iegūti, impregnējot celulozes ēteri ar toluolu/hloroformu, ir tuvi ūdens/formamīda sistēmai iegūtajiem secinājumiem. Tā kā celulozes ēteri ir iegūti no celulozes un starp tiem ir ļoti līdzīga struktūra, šī novērtēšanas metode var būt derīga.

1.3.4. Kopējās virsmas brīvās enerģijas aprēķins

2. Rezultāti un diskusija

2.1 Celulozes standarts

Tā kā mūsu testa rezultāti ar celulozes standarta paraugiem atklāja, ka šie dati labi saskan ar tiem, kas sniegti literatūrā, ir pamatoti uzskatīt, ka jāņem vērā arī testa rezultāti ar celulozes ēteriem.

2.2 Testu rezultāti un diskusija par celulozes ēteri

Celulozes ētera testa laikā ir ļoti grūti reģistrēt iegremdēšanas attālumu un laiku, jo ūdens un formamīds ir ļoti zems iegremdēšanas augstums. Tāpēc šajā rakstā kā alternatīvs risinājums tiek izvēlēta toluola/hloroforma šķīduma sistēma un tiek novērtēts celulozes ētera Lūisa skābums, pamatojoties uz ūdens/formamīda un toluola/hloroforma testa rezultātiem uz celulozes un proporcionālo attiecību starp abām šķīdumu sistēmām. un sārmains spēks.

Ņemot celulozi kā standarta paraugu, ir dota virkne celulozes ēteru skābes bāzes raksturlielumu. Tā kā celulozes ētera impregnēšanas ar toluolu/hloroformu rezultāts tiek tieši pārbaudīts, tas ir pārliecinošs.

Tas nozīmē, ka aizvietotāju veids un molekulmasa ietekmē celulozes ētera skābes bāzes īpašības un attiecības starp diviem aizvietotājiem, hidroksipropilu un hidroksipropilmetilu, uz celulozes ētera skābes bāzes īpašībām un molekulmasu ir pilnīgi pretējas. Bet tas varētu būt saistīts arī ar to, ka deputāti ir jaukti aizvietotāji.

Tā kā MO43 un K8913 aizvietotāji ir atšķirīgi un tiem ir vienāda molekulmasa, piemēram, pirmā aizvietotājs ir hidroksimetilgrupa, bet otrā aizvietotājs ir hidroksipropilgrupa, bet abu molekulmasa ir 100 000, tāpēc tas nozīmē arī, ka vienādas molekulmasas priekšnoteikums Šādos apstākļos hidroksimetilgrupas S+ un S- var būt mazāki par hidroksipropilgrupu. Bet ir iespējama arī aizvietošanas pakāpe, jo K8913 aizstāšanas pakāpe ir aptuveni 3,00, bet MO43 aizvietošanas pakāpe ir tikai 1,90.

Tā kā K8913 un K9113 aizvietošanas pakāpe un aizvietotāji ir vienādi, bet atšķiras tikai molekulmasa, abu salīdzinājums parāda, ka hidroksipropilcelulozes S+ samazinās, palielinoties molekulmasai, bet S- palielinās gluži pretēji. .

No visu celulozes ēteru un to komponentu virsmas enerģijas testa rezultātu kopsavilkuma var redzēt, ka neatkarīgi no tā, vai tā ir celuloze vai celulozes ēteris, to virsmas enerģijas galvenā sastāvdaļa ir Lifšica-van der Vālsa spēks, kas veido apmēram 98% ~ 99%. Turklāt šo nejonu celulozes ēteru (izņemot MO43) Lifshitz-van der Waals spēki arī lielākoties ir lielāki nekā celulozes spēki, kas norāda, ka celulozes ēterizācijas process ir arī Lifshitz-van der Waals spēku palielināšanas process. Un šis pieaugums noved pie tā, ka celulozes ētera virsmas enerģija ir lielāka nekā celulozes virsmas enerģija. Šī parādība ir ļoti interesanta, jo šos celulozes ēteri parasti izmanto virsmaktīvo vielu ražošanā. Taču dati ir ievērības cienīgi ne tikai tāpēc, ka dati par šajā eksperimentā pārbaudīto atsauces standarta paraugu ir ārkārtīgi saskanīgi ar literatūrā uzrādīto vērtību, bet arī dati par atsauces standarta paraugu ļoti saskan ar literatūrā norādīto vērtību. piemērs: visa šī celuloze Ēteru SAB ir ievērojami mazāks nekā celulozes, un tas ir saistīts ar to ļoti lielajām Lūisa bāzēm. Saskaņā ar to pašu aizvietotāju un aizvietošanas pakāpi hidroksipropilcelulozes virsmas brīvā enerģija ir proporcionāla molekulmasai; savukārt hidroksipropilmetilcelulozes virsmas brīvā enerģija ir proporcionāla aizvietošanas pakāpei un apgriezti proporcionāla molekulmasai.

Turklāt, tā kā celulozes ēteriem ir lielāks SLW nekā celulozei, bet mēs jau zinām, ka to izkliedējamība ir labāka nekā celulozes, tāpēc provizoriski var uzskatīt, ka nejonu celulozes ēterus veidojošo SLW galvenajai sastāvdaļai vajadzētu būt Londonas spēkam.

3. Secinājums

Pētījumi liecina, ka aizvietotāja veidam, aizvietošanas pakāpei un molekulmasai ir liela ietekme uz nejonu celulozes ētera virsmas enerģiju un sastāvu. Un šim efektam, šķiet, ir šāda regularitāte:

(1) Nejonu celulozes ētera S+ ir mazāks par S-.

(2) Nejonu celulozes ētera virsmas enerģijā dominē Lifshitz-van der Waals spēks.

(3) Molekulmasa un aizvietotāji ietekmē nejonu celulozes ēteru virsmas enerģiju, taču tā galvenokārt ir atkarīga no aizvietotāju veida.

(4) Ar vienu un to pašu aizvietotāju un aizvietošanas pakāpi hidroksipropilcelulozes virsmas brīvā enerģija ir proporcionāla molekulmasai; savukārt hidroksipropilmetilcelulozes virsmas brīvā enerģija ir proporcionāla aizvietošanas pakāpei un apgriezti proporcionāla molekulmasai.

(5) Celulozes ēterifikācijas process ir process, kurā palielinās Lifšica-van der Vāls spēks, un tas ir arī process, kurā Lūisa skābums samazinās un Lūisa sārmainība palielinās.