Kesan Substituen dan Berat Molekul pada Sifat Permukaan Eter Selulosa Nonionik

Menurut teori impregnasi Washburn (Teori Penembusan) dan teori gabungan van Oss-Good-Chaudhury (Teori Penggabungan) dan aplikasi teknologi sumbu kolumnar (Teknik Wicking Column), beberapa eter selulosa bukan ionik, seperti selulosa metil Sifat permukaan selulosa, hidroksipropil selulosa dan hidroksipropil metilselulosa telah diuji. Disebabkan oleh substituen yang berbeza, darjah penggantian dan berat molekul eter selulosa ini, tenaga permukaan dan komponennya adalah berbeza dengan ketara. Data menunjukkan bahawa asas Lewis eter selulosa bukan ionik adalah lebih besar daripada asid Lewis, dan komponen utama tenaga bebas permukaan ialah daya Lifshitz-van der Waals. Tenaga permukaan hidroksipropil dan komposisinya lebih besar daripada hidroksimetil. Di bawah premis substituen dan tahap penggantian yang sama, tenaga bebas permukaan selulosa hidroksipropil adalah berkadar dengan berat molekul; manakala tenaga bebas permukaan hidroksipropil metilselulosa adalah berkadar dengan tahap penggantian dan berkadar songsang dengan berat molekul. Eksperimen juga mendapati bahawa tenaga permukaan hidroksipropil dan hidroksipropilmetil substituen dalam eter selulosa bukan ionik nampaknya lebih besar daripada tenaga permukaan selulosa, dan eksperimen membuktikan bahawa tenaga permukaan selulosa yang diuji dan komposisinya Data adalah konsisten dengan kesusasteraan.

Kata kunci: eter selulosa bukan ionik; substituen dan darjah penggantian; berat molekul; sifat permukaan; teknologi sumbu

Eter selulosa ialah kategori besar derivatif selulosa, yang boleh dibahagikan kepada eter anionik, kationik dan bukan ionik mengikut struktur kimia substituen eternya. Eter selulosa juga merupakan salah satu produk terawal yang dikaji dan dihasilkan dalam kimia polimer. Setakat ini, eter selulosa telah digunakan secara meluas dalam bidang perubatan, kebersihan, kosmetik dan industri makanan.

Walaupun eter selulosa, seperti hydroxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose dan hydroxypropylmethylcellulose, telah dihasilkan secara industri dan banyak sifatnya telah dikaji, tenaga permukaannya, sifat alkali-reaktif asid belum dilaporkan setakat ini. Oleh kerana kebanyakan produk ini digunakan dalam persekitaran cecair, dan ciri permukaan, terutamanya ciri tindak balas asid-bes, berkemungkinan menjejaskan penggunaannya, adalah sangat perlu untuk mengkaji dan memahami ciri-ciri kimia permukaan eter selulosa komersial ini.

Memandangkan sampel derivatif selulosa sangat mudah diubah dengan perubahan keadaan penyediaan, makalah ini menggunakan produk komersial sebagai sampel untuk mencirikan tenaga permukaannya, dan berdasarkan ini, pengaruh substituen dan berat molekul produk tersebut ke atas permukaan. sifat dikaji.

1. Bahagian eksperimen

1.1 Bahan mentah

Eter selulosa bukan ionik yang digunakan dalam eksperimen adalah hasil daripadaKIMA CHEMICAL CO.,LTD,. Sampel tidak tertakluk kepada sebarang rawatan sebelum ujian.

Memandangkan derivatif selulosa diperbuat daripada selulosa, kedua-dua struktur adalah rapat, dan sifat permukaan selulosa telah dilaporkan dalam literatur, jadi kertas ini menggunakan selulosa sebagai sampel standard. Sampel selulosa yang digunakan adalah bernama kod C8002 dan dibeli daripadaKIMA, CN. Sampel tidak tertakluk kepada sebarang rawatan semasa ujian.

Reagen yang digunakan dalam eksperimen ialah: etana, diiodometana, air ternyahion, formamida, toluena, kloroform. Semua cecair adalah produk tulen secara analitik kecuali air yang boleh didapati secara komersial.

1.2 Kaedah eksperimen

Dalam eksperimen ini, teknik wicking lajur telah diguna pakai, dan satu bahagian (kira-kira 10 cm) pipet standard dengan diameter dalam 3 mm telah dipotong sebagai tiub lajur. Masukkan 200 mg sampel serbuk ke dalam tiub lajur setiap kali, kemudian goncangkannya untuk menjadikannya sekata dan letakkan secara menegak di bahagian bawah bekas kaca dengan diameter dalam kira-kira 3 cm, supaya cecair boleh diserap secara spontan. Timbang 1 mL cecair yang hendak diuji dan masukkan ke dalam bekas kaca, dan rekodkan masa rendaman t dan jarak rendaman X pada masa yang sama. Semua eksperimen dilakukan pada suhu bilik (25±1°C). Setiap data ialah purata tiga percubaan ulangan.

1.3 Pengiraan data eksperimen

Asas teori bagi aplikasi teknik wicking lajur untuk menguji tenaga permukaan bahan serbuk ialah persamaan impregnasi Washburn (persamaan penembusan Washburn).

1.3.1 Penentuan jejari berkesan kapilari Reff sampel yang diukur

Apabila menggunakan formula rendaman Washburn, syarat untuk mencapai pembasahan lengkap ialah cos=1. Ini bermakna apabila cecair dipilih untuk direndam ke dalam pepejal untuk mencapai keadaan basah sepenuhnya, kita boleh mengira jejari berkesan kapilari Reff sampel yang diukur dengan menguji jarak dan masa rendaman mengikut kes khas formula rendaman Washburn.

1.3.2 Pengiraan daya Lifshitz-van der Waals untuk sampel yang diukur

Mengikut peraturan gabungan van Oss-Chaudhury-Good, hubungan antara tindak balas antara cecair dan pepejal.

1.3.3 Pengiraan daya asid-bes Lewis bagi sampel yang diukur

Secara umum, sifat asid-bes pepejal dianggarkan daripada data yang diresapi dengan air dan formamide. Tetapi dalam artikel ini, kami mendapati bahawa tidak ada masalah apabila menggunakan sepasang cecair kutub ini untuk mengukur selulosa, tetapi dalam ujian eter selulosa, kerana ketinggian rendaman sistem larutan kutub air/formamida dalam selulosa eter adalah terlalu rendah , menjadikan rakaman masa sangat sukar. Oleh itu, sistem larutan toluena/kloroform yang diperkenalkan oleh Chibowsk telah dipilih. Menurut Chibowski, sistem larutan polar toluena/kloroform juga merupakan pilihan. Ini kerana kedua-dua cecair ini mempunyai keasidan dan kealkalian yang sangat istimewa, contohnya, toluena tidak mempunyai keasidan Lewis, dan kloroform tidak mempunyai kealkalian Lewis. Untuk mendapatkan data yang diperolehi oleh sistem larutan toluena/kloroform lebih dekat dengan sistem larutan kutub air/formamida yang disyorkan, kami menggunakan kedua-dua sistem cecair kutub ini untuk menguji selulosa pada masa yang sama, dan kemudian mendapatkan pekali pengembangan atau pengecutan yang sepadan. sebelum menggunakan Data yang diperolehi dengan meresapi eter selulosa dengan toluena/kloroform adalah hampir dengan kesimpulan yang diperoleh untuk sistem air/formamida. Oleh kerana eter selulosa berasal daripada selulosa dan terdapat struktur yang hampir sama antara kedua-duanya, kaedah anggaran ini mungkin sah.

1.3.4 Pengiraan jumlah tenaga bebas permukaan

2. Keputusan dan Perbincangan

2.1 Piawaian selulosa

Memandangkan keputusan ujian kami pada sampel standard selulosa mendapati bahawa data ini adalah dalam persetujuan yang baik dengan yang dilaporkan dalam literatur, adalah munasabah untuk mempercayai bahawa keputusan ujian pada eter selulosa juga harus dipertimbangkan.

2.2 Keputusan ujian dan perbincangan eter selulosa

Semasa ujian eter selulosa, sangat sukar untuk merekodkan jarak dan masa rendaman kerana ketinggian rendaman air dan formamida yang sangat rendah. Oleh itu, kertas kerja ini memilih sistem larutan toluena/kloroform sebagai penyelesaian alternatif, dan menganggarkan keasidan Lewis eter selulosa berdasarkan keputusan ujian air/formamida dan toluena/kloroform pada selulosa dan hubungan berkadar antara kedua-dua sistem larutan. dan kuasa alkali.

Mengambil selulosa sebagai sampel standard, satu siri ciri asid-bes eter selulosa diberikan. Oleh kerana hasil impregnasi selulosa eter dengan toluena/kloroform diuji secara langsung, ia adalah meyakinkan.

Ini bermakna jenis dan berat molekul substituen mempengaruhi sifat asid-bes selulosa eter, dan hubungan antara dua substituen, hidroksipropil dan hidroksipropilmetil, pada sifat asid-bes selulosa eter dan berat molekul bertentangan sepenuhnya. Tetapi ia juga boleh dikaitkan dengan fakta bahawa Ahli Parlimen adalah pengganti campuran.

Oleh kerana substituen MO43 dan K8913 adalah berbeza dan mempunyai berat molekul yang sama, sebagai contoh, substituen bekas ialah hidroksimetil dan substituen yang terakhir ialah hidroksipropil, tetapi berat molekul kedua-duanya ialah 100,000, jadi ia juga bermakna bahawa premis dengan berat molekul yang sama Dalam keadaan, S+ dan S- kumpulan hidroksimetil mungkin lebih kecil daripada kumpulan hidroksipropil. Tetapi darjah penggantian juga mungkin, kerana darjah penggantian K8913 adalah kira-kira 3.00, manakala MO43 hanya 1.90.

Memandangkan darjah penggantian dan substituen K8913 dan K9113 adalah sama tetapi hanya berat molekul yang berbeza, perbandingan antara kedua-duanya menunjukkan bahawa S+ hidroksipropil selulosa berkurangan dengan pertambahan berat molekul, tetapi S- meningkat sebaliknya. .

Daripada ringkasan keputusan ujian tenaga permukaan semua eter selulosa dan komponennya, dapat dilihat bahawa sama ada ia adalah selulosa atau selulosa eter, komponen utama tenaga permukaannya ialah daya Lifshitz-van der Waals, yang merangkumi kira-kira 98%~99%. Selain itu, daya Lifshitz-van der Waals bagi eter selulosa bukan ionik ini (kecuali MO43) juga kebanyakannya lebih besar daripada selulosa, yang menunjukkan bahawa proses pengeteran selulosa juga merupakan proses peningkatan daya Lifshitz-van der Waals. Dan peningkatan ini membawa kepada tenaga permukaan eter selulosa menjadi lebih besar daripada selulosa. Fenomena ini sangat menarik kerana eter selulosa ini biasa digunakan dalam penghasilan surfaktan. Tetapi data itu patut diberi perhatian, bukan sahaja kerana data tentang sampel standard rujukan yang diuji dalam eksperimen ini sangat konsisten dengan nilai yang dilaporkan dalam literatur, data tentang sampel standard rujukan sangat konsisten dengan nilai yang dilaporkan dalam literatur, untuk contoh: semua selulosa ini SAB eter adalah jauh lebih kecil daripada selulosa, dan ini disebabkan oleh asas Lewisnya yang sangat besar. Di bawah premis substituen dan tahap penggantian yang sama, tenaga bebas permukaan selulosa hidroksipropil adalah berkadar dengan berat molekul; manakala tenaga bebas permukaan hidroksipropil metilselulosa adalah berkadar dengan tahap penggantian dan berkadar songsang dengan berat molekul.

Di samping itu, kerana eter selulosa mempunyai SLW yang lebih besar daripada selulosa, tetapi kita sudah tahu bahawa keterserakannya adalah lebih baik daripada selulosa, jadi ia boleh dianggap awal bahawa komponen utama SLW yang membentuk eter selulosa bukan ionik haruslah daya London.

3. Kesimpulan

Kajian telah menunjukkan bahawa jenis substituen, darjah penggantian dan berat molekul mempunyai pengaruh yang besar terhadap tenaga permukaan dan komposisi eter selulosa bukan ionik. Dan kesan ini nampaknya mempunyai keteraturan berikut:

(1) S+ eter selulosa bukan ionik adalah lebih kecil daripada S-.

(2) Tenaga permukaan eter selulosa bukan ionik dikuasai oleh daya Lifshitz-van der Waals.

(3) Berat molekul dan substituen mempunyai kesan ke atas tenaga permukaan eter selulosa bukan ionik, tetapi ia bergantung terutamanya pada jenis substituen.

(4) Di bawah premis substituen dan tahap penggantian yang sama, tenaga bebas permukaan selulosa hidroksipropil adalah berkadar dengan berat molekul; manakala tenaga bebas permukaan hidroksipropil metilselulosa adalah berkadar dengan tahap penggantian dan berkadar songsang dengan berat molekul.

(5) Proses pengeteran selulosa ialah proses di mana daya Lifshitz-van der Waals meningkat, dan ia juga merupakan proses di mana keasidan Lewis berkurangan dan kealkalian Lewis meningkat.