Katjonu celulozes ētera šķīduma īpašības

Augsta lādiņa blīvuma katjona celulozes ētera (KG-30M) atšķaidītā šķīduma īpašības pie dažādām pH vērtībām tika pētītas ar lāzera izkliedes instrumentu, no hidrodinamiskā rādiusa (Rh) dažādos leņķos un griešanās kvadrātiskā rādiusa. Rg Attiecība pret Rh liecina, ka tā forma ir neregulāra, bet tuvu sfēriskai. Pēc tam ar reometra palīdzību tika detalizēti izpētīti trīs koncentrēti katjonu celulozes ēteru šķīdumi ar dažādu lādiņu blīvumu un apspriesta koncentrācijas, pH vērtības un paša lādiņa blīvuma ietekme uz tā reoloģiskajām īpašībām. Palielinoties koncentrācijai, Ņūtona eksponents vispirms samazinājās un pēc tam samazinājās. Notiek svārstības vai pat atsitiens, un tiksotropa uzvedība notiek pie 3% (masas daļa). Mērens lādiņa blīvums ir izdevīgs, lai iegūtu lielāku nulles bīdes viskozitāti, un pH ir maza ietekme uz tā viskozitāti.

Atslēgas vārdi:katjonu celulozes ēteris; morfoloģija; nulles bīdes viskozitāte; reoloģija

Celulozes atvasinājumi un to modificētie funkcionālie polimēri ir plaši izmantoti fizioloģisko un sanitāro produktu, naftas ķīmijas produktu, medicīnas, pārtikas, personīgās higiēnas līdzekļu, iepakojuma uc jomās. Ūdenī šķīstošais katjonu celulozes ēteris (CCE) ir saistīts ar tā Ar spēcīgu sabiezēšanu. spēju, to plaši izmanto ikdienas ķimikālijās, īpaši šampūnos, un var uzlabot matu ķemmējamību pēc mazgāšanas ar šampūnu. Tajā pašā laikā, pateicoties tā labajai saderībai, to var izmantot šampūnos divi vienā un viss vienā. Tam ir arī labas pielietošanas iespējas, un tas ir piesaistījis dažādu valstu uzmanību. Literatūrā ir ziņots, ka celulozes atvasinājumu šķīdumi uzrāda tādas uzvedības kā Ņūtona šķidrums, pseidoplastiskais šķidrums, tiksotropais šķidrums un viskoelastīgais šķidrums, palielinoties koncentrācijai, bet katjona celulozes ētera morfoloģija, reoloģija un ietekmējošie faktori ūdens šķīdumā Ir maz pētījumu ziņojumi. Šajā rakstā galvenā uzmanība pievērsta kvartārā amonija modificētās celulozes ūdens šķīduma reoloģiskajai uzvedībai, lai sniegtu atsauci praktiskai pielietošanai.

1. Eksperimentālā daļa

1.1. Izejvielas

Katjonu celulozes ēteris (KG-30M, JR-30M, LR-30M); Canada Dow Chemical Company produkts, ko nodrošina Procter & Gamble Company Kobes pētniecības un attīstības centrs Japānā, mērīts ar Vario EL elementu analizatoru (German Elemental Company), paraugs Slāpekļa saturs ir attiecīgi 2,7%, 1,8%, 1,0% (lādiņa blīvums ir Attiecīgi 1,9 Meq/g, 1,25 Meq/g, 0,7 Meq/g), un tas ir pārbaudīts ar vācu ALV-5000E lāzera gaismas izkliedes instrumentu (LLS), mērot tā svara vidējo molekulmasu ir aptuveni 1,64.×106g/mol.

1.2 Šķīduma sagatavošana

Paraugu attīra filtrējot, dialīzi un liofilizējot. Nosver attiecīgi trīs kvantitatīvo paraugu sēriju un pievieno standarta buferšķīdumu ar pH 4,00, 6,86, 9,18, lai sagatavotu vajadzīgo koncentrāciju. Lai nodrošinātu, ka paraugi ir pilnībā izšķīduši, visi paraugu šķīdumi pirms testēšanas tika novietoti uz magnētiskā maisītāja 48 stundas.

1.3. Gaismas izkliedes mērījums

Izmantojiet LLS, lai izmērītu parauga masas vidējo molekulmasu atšķaidītā ūdens šķīdumā, hidrodinamisko rādiusu un vidējo kvadrātveida rādiusu, kad tiek izmantots otrais Villi koeficients un dažādi leņķi), un secināt, ka šis katjonu celulozes ēteris atrodas ūdens šķīdums pēc tā attiecības statusa.

1.4 Viskozitātes mērīšana un reoloģiskā izmeklēšana

Koncentrētais CCE šķīdums tika pētīts ar Brookfield RVDV-III+ reometru, un tika pētīta koncentrācijas, lādiņa blīvuma un pH vērtības ietekme uz reoloģiskajām īpašībām, piemēram, parauga viskozitāti. Augstākā koncentrācijā ir nepieciešams izpētīt tā tiksotropiju.

2. Rezultāti un diskusija

2.1. Pētījumi par gaismas izkliedi

Speciālās molekulārās struktūras dēļ pat labā šķīdinātājā ir grūti eksistēt vienas molekulas formā, bet noteiktu stabilu micellu, kopu vai asociāciju veidā.

Kad ar polarizējošo mikroskopu tika novērots atšķaidīts CCE ūdens šķīdums (~ o, 1%), zem melnā krusta ortogonālā lauka fona parādījās “zvaigžņu” spilgti plankumi un spilgti stieņi. To raksturo arī gaismas izkliede, dinamiskais hidrodinamiskais rādiuss pie dažādiem pH un leņķiem, griešanās kvadrātiskais rādiuss un otrais Villi koeficients, kas iegūts no Berija diagrammas, ir norādīti tab. 1. 10-5 koncentrācijā iegūtās hidrodinamiskās rādiusa funkcijas sadalījuma grafiks galvenokārt ir viens maksimums, bet sadalījums ir ļoti plašs (1. att.), kas liecina, ka sistēmā pastāv molekulārā līmeņa asociācijas un lieli agregāti. ; Ir izmaiņas, un Rg / Rb vērtības ir aptuveni 0, 775, kas norāda, ka CCE forma šķīdumā ir tuvu sfēriskai, bet nav pietiekami regulāra. PH ietekme uz Rb un Rg nav acīmredzama. Buferšķīdumā esošais pretjons mijiedarbojas ar CCE, lai aizsargātu sānu ķēdes lādiņu un liktu tai sarukt, taču atšķirība ir atkarīga no pretjona veida. Uzlādētu polimēru gaismas izkliedes mērījumi ir pakļauti liela attāluma spēka mijiedarbībai un ārējiem traucējumiem, tāpēc LLS raksturojumā ir noteiktas kļūdas un ierobežojumi. Ja masas daļa ir lielāka par 0,02%, Rh sadalījuma diagrammā lielākoties ir neatdalāmi dubultpīķi vai pat vairāki maksimumi. Palielinoties koncentrācijai, palielinās arī Rh, kas norāda, ka vairāk makromolekulu ir saistītas vai pat agregējas. Kad Cao et al. izmantoja gaismas izkliedi, lai pētītu karboksimetilcelulozes un virsmas aktīvo makromēru kopolimēru, bija arī neatdalāmas dubultsmailes, no kurām viena bija no 30 nm līdz 100 nm, kas atspoguļo micellu veidošanos molekulārā līmenī, bet otrs Rh maksimums ir relatīvi. liels, kas tiek uzskatīts par agregātu, kas ir līdzīgs šajā rakstā noteiktajiem rezultātiem.

2.2. Reoloģiskās uzvedības pētījumi

2.2.1. Koncentrācijas ietekme:Izmēriet KG-30M šķīdumu šķietamo viskozitāti ar dažādām koncentrācijām pie dažādiem bīdes ātrumiem un saskaņā ar Ostvalda-Devāles piedāvāto spēka likuma vienādojuma logaritmisko formu, ja masas daļa nepārsniedz 0,7%, un taisnu līniju sēriju. tika iegūti lineārās korelācijas koeficienti, kas lielāki par 0,99. Un, palielinoties koncentrācijai, Ņūtona eksponenta n vērtība samazinās (visi mazāki par 1), parādot acīmredzamu pseidoplastisku šķidrumu. Bīdes spēka vadītas, makromolekulārās ķēdes sāk atšķetināties un orientēties, tāpēc viskozitāte samazinās. Kad masas daļa ir lielāka par 0,7%, iegūtās taisnes lineārās korelācijas koeficients samazinās (apmēram 0,98), un, palielinoties koncentrācijai, n sāk svārstīties vai pat pieaugt; kad masas daļa sasniedz 3% (2. att.), tabula Šķietamā viskozitāte vispirms palielinās un pēc tam samazinās, palielinoties bīdes ātrumam. Šī parādību sērija atšķiras no ziņojumiem par citiem anjonu un katjonu polimēru šķīdumiem. n vērtība palielinās, tas ir, neņūtona īpašība tiek vājināta; Ņūtona šķidrums ir viskozs šķidrums, un starpmolekulārā slīdēšana notiek bīdes sprieguma ietekmē, un to nevar atgūt; neņūtona šķidrums satur atgūstamu elastīgo daļu un neatgūstamu viskozu daļu. Bīdes sprieguma iedarbībā notiek neatgriezeniska slīdēšana starp molekulām, un tajā pašā laikā, tā kā makromolekulas tiek izstieptas un orientētas ar bīdi, veidojas atgūstama elastīgā daļa. Kad ārējais spēks tiek noņemts, makromolekulām ir tendence atgriezties sākotnējā saritinātajā formā, tāpēc n vērtība palielinās. Koncentrācija turpina pieaugt, veidojot tīkla struktūru. Ja bīdes spriegums ir mazs, tas netiks iznīcināts un notiks tikai elastīga deformācija. Šajā laikā elastība būs relatīvi palielināta, viskozitāte būs vājināta un n vērtība samazināsies; kamēr bīdes spriegums mērīšanas procesā pakāpeniski palielinās, tāpēc n Vērtība svārstās. Kad masas daļa sasniedz 3%, šķietamā viskozitāte vispirms palielinās un pēc tam samazinās, jo mazā bīde veicina makromolekulu sadursmi, veidojot lielus agregātus, līdz ar to viskozitāte paaugstinās, un bīdes spriegums turpina šķelt pildvielas. , viskozitāte atkal samazināsies.

Tiksotropijas izmeklēšanā iestatiet ātrumu (r/min), lai sasniegtu vēlamo y, ar regulāriem intervāliem palieliniet ātrumu, līdz tas sasniedz iestatīto vērtību, un pēc tam ātri samaziniet no maksimālā ātruma atpakaļ uz sākotnējo vērtību, lai iegūtu atbilstošo vērtību. Bīdes spriegums, tā saistība ar bīdes ātrumu parādīta 3. attēlā. Kad masas daļa ir mazāka par 2,5%, augšupejošā un lejupvērstā līkne pilnībā pārklājas, bet, kad masas daļa ir 3%, divas līnijas Nr. garāka pārklāšanās, un lejupejošā līnija atpaliek, norādot uz tiksotropiju.

Bīdes sprieguma atkarība no laika ir pazīstama kā reoloģiskā pretestība. Reoloģiskā pretestība ir raksturīga viskoelastīgu šķidrumu un šķidrumu ar tiksotropu struktūru uzvedība. Konstatēts, ka jo lielāks y ir vienā un tajā pašā masas daļā, jo ātrāk r sasniedz līdzsvaru, un laika atkarība ir mazāka; pie mazākas masas daļas (<2%) CCE neuzrāda reoloģisko rezistenci. Kad masas daļa palielinās līdz 2,5%, tā uzrāda spēcīgu laika atkarību (4. att.), un līdzsvara sasniegšanai nepieciešamas apmēram 10 minūtes, savukārt pie 3,0% līdzsvara laiks aizņem 50 minūtes. Sistēmas labā tiksotropija ir labvēlīga praktiskai pielietošanai.

2.2.2. Lādiņa blīvuma ietekme:tiek izvēlēta Spensera-Dilona empīriskās formulas logaritmiskā forma, kurā nulles griezuma viskozitāte b ir nemainīga pie vienas un tās pašas koncentrācijas un dažādas temperatūras un palielinās līdz ar koncentrācijas pieaugumu tajā pašā temperatūrā. Saskaņā ar spēka likuma vienādojumu, ko Onogi pieņēma 1966. gadā, M ir polimēra relatīvā molekulmasa, A un B ir konstantes, un c ir masas daļa (%). att.5 Trīs līknēm ir acīmredzami lēciena punkti ap 0,6%, tas ir, ir kritiskā masas daļa. Vairāk nekā 0,6%, nulles bīdes viskozitāte strauji palielinās, palielinoties koncentrācijai C. Trīs paraugu ar dažādu lādiņa blīvumu līknes ir ļoti tuvas. Turpretim, ja masas daļa ir no 0, 2% līdz 0, 8%, LR parauga nulles griezuma viskozitāte ar mazāko lādiņa blīvumu ir vislielākā, jo ūdeņraža saites asociācijai ir nepieciešams noteikts kontakts. Tāpēc lādiņa blīvums ir cieši saistīts ar to, vai makromolekulas var sakārtot kārtīgi un kompakti; izmantojot DSC testēšanu, tiek konstatēts, ka LR ir vājš kristalizācijas maksimums, kas norāda uz piemērotu lādiņa blīvumu, un nulles bīdes viskozitāte ir augstāka tajā pašā koncentrācijā. Ja masas daļa ir mazāka par 0,2%, LR ir vismazākā, jo atšķaidītā šķīdumā makromolekulas ar zemu lādiņa blīvumu biežāk veido spoles orientāciju, tāpēc nulles bīdes viskozitāte ir zema. Tam ir laba vadošā nozīme sabiezēšanas veiktspējas ziņā.

2.2.3 pH ietekme: 6. att. ir rezultāts, kas izmērīts pie dažādiem pH diapazonā no 0,05% līdz 2,5% masas daļas. Ir lēciena punkts ap 0,45%, bet trīs līknes gandrīz pārklājas, norādot, ka pH nav acīmredzamas ietekmes uz nulles bīdes viskozitāti, kas ir diezgan atšķirīga no anjonu celulozes ētera jutības pret pH.

3. Secinājums

KG-30M atšķaidītu ūdens šķīdumu pēta LLS, un iegūtais hidrodinamiskais rādiusa sadalījums ir viens maksimums. No leņķa atkarības un Rg/Rb attiecības var secināt, ka tā forma ir tuva sfēriskai, bet ne pietiekami regulāra. CCE šķīdumiem ar trīs lādiņu blīvumiem viskozitāte palielinās, palielinoties koncentrācijai, bet Ņūtona medību skaitlis n vispirms samazinās, tad svārstās un pat palielinās; PH maz ietekmē viskozitāti, un mērens lādiņa blīvums var iegūt augstāku viskozitāti.