नॉनिओनिक सेल्युलोज इथरच्या पृष्ठभागाच्या गुणधर्मांवर सबस्टिट्यूंट्स आणि आण्विक वजनाचा प्रभाव

वॉशबर्नच्या गर्भाधान सिद्धांत (पेनिट्रेशन थिअरी) आणि व्हॅन ओस-गुड-चौधरी यांच्या संयोजन सिद्धांत (संयोजन सिद्धांत) आणि स्तंभ विक तंत्रज्ञान (कॉलम विकिंग तंत्र) च्या वापरानुसार, अनेक नॉन-आयोनिक सेल्युलोज इथर, जसे की मिथाइल सेल्युलोजचे पृष्ठभाग गुणधर्म. सेल्युलोज, हायड्रॉक्सीप्रोपाइल सेल्युलोज आणि हायड्रॉक्सीप्रोपील मेथिलसेल्युलोजची चाचणी घेण्यात आली. या सेल्युलोज इथरच्या विविध घटकांमुळे, प्रतिस्थापनाच्या अंशांमुळे आणि आण्विक वजनांमुळे, त्यांच्या पृष्ठभागाची ऊर्जा आणि त्यांचे घटक लक्षणीय भिन्न आहेत. डेटा दर्शवितो की नॉन-आयनिक सेल्युलोज इथरचा लुईस बेस लुईस ऍसिडपेक्षा मोठा आहे आणि पृष्ठभाग मुक्त ऊर्जेचा मुख्य घटक लिफशिट्झ-व्हॅन डेर वाल्स फोर्स आहे. हायड्रॉक्सीप्रोपीलची पृष्ठभागाची उर्जा आणि त्याची रचना हायड्रॉक्सीमेथिलपेक्षा जास्त आहे. समान घटक आणि प्रतिस्थापनाच्या डिग्रीच्या आधारावर, हायड्रॉक्सीप्रोपाइल सेल्युलोजची पृष्ठभाग मुक्त ऊर्जा आण्विक वजनाच्या प्रमाणात असते; हायड्रॉक्सीप्रोपील मिथाइलसेल्युलोजची पृष्ठभाग मुक्त ऊर्जा प्रतिस्थापनाच्या अंशाच्या प्रमाणात आणि आण्विक वजनाच्या व्यस्त प्रमाणात असते. प्रयोगात असेही आढळून आले की नॉन-आयनिक सेल्युलोज इथरमधील पर्यायी हायड्रॉक्सीप्रोपाइल आणि हायड्रॉक्सीप्रोपिलमेथिलची पृष्ठभागाची उर्जा सेल्युलोजच्या पृष्ठभागाच्या ऊर्जेपेक्षा जास्त आहे आणि प्रयोगाने हे सिद्ध केले आहे की चाचणी केलेल्या सेल्युलोजची पृष्ठभाग उर्जा आणि त्याची रचना डेटा आहे. साहित्याशी सुसंगत.

मुख्य शब्द: nonionic सेल्युलोज इथर; पर्याय आणि प्रतिस्थापनाची डिग्री; आण्विक वजन; पृष्ठभाग गुणधर्म; विक तंत्रज्ञान

सेल्युलोज इथर ही सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्ह्जची एक मोठी श्रेणी आहे, जी त्यांच्या इथर घटकांच्या रासायनिक संरचनेनुसार anionic, cationic आणि nonionic इथरमध्ये विभागली जाऊ शकते. सेल्युलोज इथर हे पॉलिमर रसायनशास्त्रात संशोधन केलेल्या आणि उत्पादित केलेल्या सुरुवातीच्या उत्पादनांपैकी एक आहे. आतापर्यंत, सेल्युलोज इथर औषध, स्वच्छता, सौंदर्य प्रसाधने आणि अन्न उद्योगात मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले आहे.

जरी सेल्युलोज इथर, जसे की हायड्रॉक्सीमेथिलसेल्युलोज, हायड्रॉक्सीप्रोपिलसेल्युलोज आणि हायड्रॉक्सीप्रोपिलमेथिलसेल्युलोज, औद्योगिकरित्या तयार केले गेले आणि त्यांच्या अनेक गुणधर्मांचा अभ्यास केला गेला असला तरी, त्यांची पृष्ठभागाची ऊर्जा, आम्ल अल्कली-प्रतिक्रियाशील गुणधर्म अद्याप नोंदवले गेले नाहीत. यापैकी बहुतेक उत्पादने द्रव वातावरणात वापरली जात असल्याने आणि पृष्ठभागाची वैशिष्ट्ये, विशेषत: ऍसिड-बेस प्रतिक्रिया वैशिष्ट्ये, त्यांच्या वापरावर परिणाम करण्याची शक्यता असल्याने, या व्यावसायिक सेल्युलोज इथरच्या पृष्ठभागाच्या रासायनिक वैशिष्ट्यांचा अभ्यास करणे आणि समजून घेणे खूप आवश्यक आहे.

सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्ह्जचे नमुने तयार करण्याच्या परिस्थितीनुसार बदलणे खूप सोपे आहे हे लक्षात घेऊन, हा पेपर व्यावसायिक उत्पादनांचा त्यांच्या पृष्ठभागावरील उर्जेचे वैशिष्ट्य दर्शवण्यासाठी नमुने म्हणून वापरतो आणि त्याच्या आधारावर, अशा उत्पादनांच्या पृष्ठभागावरील घटक आणि आण्विक वजनांचा प्रभाव. गुणधर्मांचा अभ्यास केला जातो.

1. प्रायोगिक भाग

1.1 कच्चा माल

प्रयोगात वापरलेले नॉन-आयनिक सेल्युलोज इथरचे उत्पादन आहेकिमा केमिकल कंपनी, लि,. चाचणीपूर्वी नमुने कोणत्याही उपचारांच्या अधीन नव्हते.

सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्ह्ज सेल्युलोजपासून बनलेले आहेत हे लक्षात घेता, दोन रचना जवळ आहेत आणि सेल्युलोजच्या पृष्ठभागाच्या गुणधर्मांची माहिती साहित्यात नोंदवली गेली आहे, म्हणून हा पेपर मानक नमुना म्हणून सेल्युलोज वापरतो. वापरलेला सेल्युलोज नमुना कोड-नावाचा C8002 होता आणि येथून खरेदी केला होताकिमा, CN. चाचणी दरम्यान नमुन्यावर कोणतेही उपचार केले गेले नाहीत.

प्रयोगात वापरले जाणारे अभिकर्मक आहेत: इथेन, डायओडोमेथेन, डीआयोनाइज्ड पाणी, फॉर्मामाइड, टोल्यूनि, क्लोरोफॉर्म. व्यावसायिकरित्या उपलब्ध असलेले पाणी वगळता सर्व द्रव विश्लेषणात्मकदृष्ट्या शुद्ध उत्पादने होते.

१.२ प्रायोगिक पद्धत

या प्रयोगात, कॉलम विकिंग तंत्राचा अवलंब करण्यात आला आणि 3 मिमी आतील व्यास असलेल्या मानक विंदुकाचा एक विभाग (सुमारे 10 सेमी) स्तंभ ट्यूब म्हणून कापला गेला. प्रत्येक वेळी 200 मिग्रॅ चूर्ण नमुना स्तंभाच्या नळीमध्ये ठेवा, नंतर तो समान करण्यासाठी हलवा आणि सुमारे 3 सेमी आतील व्यास असलेल्या काचेच्या कंटेनरच्या तळाशी उभ्या ठेवा, जेणेकरून द्रव उत्स्फूर्तपणे शोषला जाईल. तपासल्या जाणाऱ्या द्रवाचे 1 एमएल वजन करा आणि ते एका काचेच्या कंटेनरमध्ये ठेवा आणि विसर्जन वेळ टी आणि विसर्जन अंतर X एकाच वेळी रेकॉर्ड करा. सर्व प्रयोग खोलीच्या तपमानावर केले गेले (25±1°सी). प्रत्येक डेटा तीन प्रतिकृती प्रयोगांची सरासरी आहे.

1.3 प्रायोगिक डेटाची गणना

पावडर सामग्रीच्या पृष्ठभागावरील ऊर्जेची चाचणी घेण्यासाठी स्तंभ विकिंग तंत्राचा वापर करण्याचा सैद्धांतिक आधार म्हणजे वॉशबर्न इम्प्रेग्नेशन समीकरण (वॉशबर्न पेनेट्रेशन समीकरण).

1.3.1 मोजलेल्या नमुन्याच्या केशिका प्रभावी त्रिज्या रेफचे निर्धारण

वॉशबर्न विसर्जन फॉर्म्युला लागू करताना, संपूर्ण भिजण्याची अट आहे cos=1. याचा अर्थ असा की जेव्हा द्रवपदार्थ पूर्णपणे ओले स्थिती प्राप्त करण्यासाठी घनामध्ये विसर्जित करण्यासाठी निवडले जाते, तेव्हा आम्ही वॉशबर्न विसर्जन सूत्राच्या विशेष प्रकरणानुसार विसर्जन अंतर आणि वेळेची चाचणी करून मोजलेल्या नमुन्याच्या केशिका प्रभावी त्रिज्या रेफची गणना करू शकतो.

1.3.2 मोजलेल्या नमुन्यासाठी Lifshitz-van der Waals फोर्स गणना

व्हॅन ओस-चौधरी-गुड यांच्या संयोजन नियमांनुसार, द्रव आणि घन पदार्थ यांच्यातील प्रतिक्रियांमधील संबंध.

1.3.3 मोजलेल्या नमुन्यांच्या लुईस ऍसिड-बेस फोर्सची गणना

सर्वसाधारणपणे, घन पदार्थांच्या आम्ल-बेस गुणधर्मांचा अंदाज पाणी आणि फॉर्मामाइडने गर्भित केलेल्या डेटावरून केला जातो. परंतु या लेखात, आम्हाला आढळले की सेल्युलोज मोजण्यासाठी ध्रुवीय द्रव्यांच्या या जोडीचा वापर करताना कोणतीही अडचण नाही, परंतु सेल्युलोज इथरच्या चाचणीमध्ये, कारण सेल्युलोज इथरमधील पाणी/फॉर्मॅमाइडच्या ध्रुवीय द्रावण प्रणालीची विसर्जन उंची खूप कमी आहे. , वेळ रेकॉर्ड करणे खूप कठीण बनवते. म्हणून, चिबॉव्स्कने सादर केलेली टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्म द्रावण प्रणाली निवडली गेली. चिबोव्स्कीच्या मते, टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्म ध्रुवीय द्रावण प्रणाली देखील एक पर्याय आहे. याचे कारण असे की या दोन द्रवांमध्ये अतिशय विशेष आम्लता आणि क्षारता असते, उदाहरणार्थ, टोल्युइनमध्ये लुईस आम्लता नसते आणि क्लोरोफॉर्ममध्ये लुईस क्षारता नसते. टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्म द्रावण प्रणालीद्वारे प्राप्त केलेला डेटा पाणी/फॉर्मॅमाइडच्या शिफारस केलेल्या ध्रुवीय द्रावण प्रणालीच्या जवळ जाण्यासाठी, आम्ही एकाच वेळी सेल्युलोजची चाचणी करण्यासाठी या दोन ध्रुवीय द्रव प्रणालींचा वापर करतो आणि नंतर संबंधित विस्तार किंवा आकुंचन गुणांक मिळवतो. अर्ज करण्यापूर्वी सेल्युलोज इथर टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्मसह गर्भधारणा करून प्राप्त केलेला डेटा पाणी/फॉर्मॅमाइड प्रणालीसाठी प्राप्त झालेल्या निष्कर्षांच्या जवळ आहे. सेल्युलोज इथर सेल्युलोजपासून बनवलेले असल्याने आणि दोघांमध्ये खूप समान रचना असल्याने, ही अंदाज पद्धत वैध असू शकते.

1.3.4 एकूण पृष्ठभाग मुक्त ऊर्जेची गणना

2. परिणाम आणि चर्चा

2.1 सेल्युलोज मानक

सेल्युलोज मानक नमुन्यांवरील आमच्या चाचणी परिणामांमध्ये असे आढळून आले की हा डेटा साहित्यात नोंदवलेल्या डेटाशी चांगला सहमत आहे, असे मानणे वाजवी आहे की सेल्युलोज इथरवरील चाचणी परिणामांचा देखील विचार केला पाहिजे.

2.2 चाचणी परिणाम आणि सेल्युलोज इथरची चर्चा

सेल्युलोज इथरच्या चाचणी दरम्यान, पाण्याची आणि फॉर्मॅमाइडची विसर्जनाची उंची खूपच कमी असल्यामुळे विसर्जनाचे अंतर आणि वेळ नोंदवणे फार कठीण आहे. म्हणून, हा पेपर पर्यायी उपाय म्हणून टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्म द्रावण प्रणाली निवडतो आणि सेल्युलोज इथरच्या लुईस आंबटपणाचा अंदाज सेल्युलोजवरील पाणी/फॉर्मॅमाइड आणि टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्मच्या चाचणी परिणामांवर आणि दोन सोल्यूशन प्रणालींमधील आनुपातिक संबंधांवर आधारित आहे. आणि अल्कधर्मी शक्ती.

सेल्युलोजला मानक नमुना म्हणून घेतल्यास, सेल्युलोज इथरच्या ऍसिड-बेस वैशिष्ट्यांची मालिका दिली जाते. सेल्युलोज इथरला टोल्यूनि/क्लोरोफॉर्मसह गर्भधारणेचा परिणाम थेट तपासला जात असल्याने, ते खात्रीलायक आहे.

याचा अर्थ सेल्युलोज इथरच्या ऍसिड-बेस गुणधर्मांवर आणि सेल्युलोज इथरच्या ऍसिड-बेस गुणधर्मांवर, हायड्रॉक्सीप्रोपील आणि हायड्रॉक्सीप्रोपिलमेथिल या दोन घटकांमधील संबंध आणि आण्विक वजन पूर्णपणे विरुद्ध असलेल्या घटकांचा प्रकार आणि आण्विक वजन प्रभावित करते. पण हे खासदार मिश्रित पर्याय आहेत या वस्तुस्थितीशी देखील संबंधित असू शकते.

MO43 आणि K8913 चे पर्याय भिन्न असल्याने आणि त्यांचे आण्विक वजन समान आहे, उदाहरणार्थ, पूर्वीचा पर्याय हायड्रॉक्सीमेथिल आहे आणि नंतरचा पर्याय हायड्रॉक्सीप्रोपील आहे, परंतु दोन्हीचे आण्विक वजन 100,000 आहे, त्यामुळे याचा अर्थ असा देखील होतो की समान आण्विक वजनाचा आधार परिस्थितीनुसार, हायड्रॉक्सीमेथिल गटाचा S+ आणि S- हायड्रॉक्सीप्रोपाइल गटापेक्षा लहान असू शकतो. परंतु प्रतिस्थापनाची डिग्री देखील शक्य आहे, कारण K8913 च्या प्रतिस्थापनाची डिग्री सुमारे 3.00 आहे, तर MO43 ची डिग्री फक्त 1.90 आहे.

K8913 आणि K9113 च्या प्रतिस्थापनाची डिग्री आणि प्रतिस्थापनांची डिग्री समान आहे परंतु केवळ आण्विक वजन भिन्न आहे, दोन्हीमधील तुलना दर्शवते की हायड्रॉक्सीप्रोपाइल सेल्युलोजचे S+ आण्विक वजन वाढल्याने कमी होते, परंतु S- उलट वाढते. .

सर्व सेल्युलोज इथर आणि त्यांच्या घटकांच्या पृष्ठभागाच्या उर्जेच्या चाचणी परिणामांच्या सारांशावरून असे दिसून येते की ते सेल्युलोज असो वा सेल्युलोज इथर, त्यांच्या पृष्ठभागाच्या ऊर्जेचा मुख्य घटक म्हणजे लिफशिट्झ-व्हॅन डेर वाल्स फोर्स, ज्याचा लेखाजोखा आहे. सुमारे 98% ~ 99%. शिवाय, या नॉनिओनिक सेल्युलोज इथरचे (MO43 वगळता) Lifshitz-van der Waals फोर्स देखील सेल्युलोजच्या तुलनेत जास्त आहेत, जे सूचित करते की सेल्युलोजची इथरिफिकेशन प्रक्रिया देखील Lifshitz-van der Waals फोर्स वाढवण्याची प्रक्रिया आहे. आणि या वाढीमुळे सेल्युलोज इथरची पृष्ठभागावरील ऊर्जा सेल्युलोजपेक्षा जास्त असते. ही घटना अतिशय मनोरंजक आहे कारण हे सेल्युलोज इथर सामान्यतः सर्फॅक्टंट्सच्या उत्पादनात वापरले जातात. परंतु डेटा लक्षात घेण्याजोगा आहे, केवळ या प्रयोगात चाचणी केलेल्या संदर्भ मानक नमुन्याचा डेटा साहित्यात नोंदवलेल्या मूल्याशी अत्यंत सुसंगत असल्यामुळेच, संदर्भ मानक नमुन्याबद्दलचा डेटा साहित्यात नोंदवलेल्या मूल्याशी अत्यंत सुसंगत आहे. उदाहरण: हे सर्व सेल्युलोज इथरचा SAB सेल्युलोजच्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या लहान आहे आणि हे त्यांच्या मोठ्या लुईस बेसमुळे आहे. समान घटक आणि प्रतिस्थापनाच्या डिग्रीच्या आधारावर, हायड्रॉक्सीप्रोपाइल सेल्युलोजची पृष्ठभाग मुक्त ऊर्जा आण्विक वजनाच्या प्रमाणात असते; हायड्रॉक्सीप्रोपील मिथाइलसेल्युलोजची पृष्ठभाग मुक्त ऊर्जा प्रतिस्थापनाच्या अंशाच्या प्रमाणात आणि आण्विक वजनाच्या व्यस्त प्रमाणात असते.

याव्यतिरिक्त, कारण सेल्युलोज इथरमध्ये सेल्युलोजपेक्षा मोठे SLW असते, परंतु आम्हाला आधीच माहित आहे की त्यांची फैलावता सेल्युलोजपेक्षा चांगली आहे, म्हणून हे प्राथमिकपणे मानले जाऊ शकते की नॉनिओनिक सेल्युलोज इथर बनवणारा SLW चा मुख्य घटक लंडन फोर्स असावा.

3. निष्कर्ष

अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की प्रतिस्थापनाचा प्रकार, प्रतिस्थापनाची डिग्री आणि आण्विक वजन यांचा पृष्ठभागावरील ऊर्जेवर आणि नॉन-आयनिक सेल्युलोज इथरच्या रचनेवर मोठा प्रभाव असतो. आणि या प्रभावामध्ये खालील नियमितता असल्याचे दिसते:

(1) नॉन-आयनिक सेल्युलोज इथरचा S+ S- पेक्षा लहान आहे.

(२) नॉनिओनिक सेल्युलोज इथरच्या पृष्ठभागावरील उर्जेवर लिफशिट्झ-व्हॅन डेर वाल्स फोर्सचे वर्चस्व आहे.

(३) आण्विक वजन आणि घटकांचा नॉन-आयनिक सेल्युलोज इथरच्या पृष्ठभागावरील ऊर्जेवर परिणाम होतो, परंतु ते मुख्यतः घटकांच्या प्रकारावर अवलंबून असते.

(4) समान घटक आणि प्रतिस्थापनाच्या अंशाच्या आधारे, हायड्रॉक्सीप्रोपाइल सेल्युलोजची पृष्ठभाग मुक्त ऊर्जा आण्विक वजनाच्या प्रमाणात असते; हायड्रॉक्सीप्रोपील मिथाइलसेल्युलोजची पृष्ठभाग मुक्त ऊर्जा प्रतिस्थापनाच्या अंशाच्या प्रमाणात आणि आण्विक वजनाच्या व्यस्त प्रमाणात असते.

(5) सेल्युलोजची इथरिफिकेशन प्रक्रिया ही एक प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये लिफशिट्झ-व्हॅन डेर वाल्स फोर्स वाढते आणि ही एक प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये लुईस आम्लता कमी होते आणि लुईस क्षारता वाढते.