Effetti ta 'Sostituenti u Piż Molekulari fuq Proprjetajiet tal-wiċċ ta' Eteru taċ-Ċelluloża Nonionic

Skont it-teorija tal-impregnazzjoni ta 'Washburn (Teorija tal-Penetrazzjoni) u t-teorija tal-kombinazzjoni ta' van Oss-Good-Chaudhury (Teorija tal-Kombinazzjoni) u l-applikazzjoni tat-teknoloġija tal-ftil kolonni (Teknika tal-Wicking tal-Kolonna), diversi eteri taċ-ċelluloża mhux joniċi, bħal ċelluloża tal-metil Il-proprjetajiet tal-wiċċ ta ' ċelluloża, hydroxypropyl cellulose u hydroxypropyl methylcellulose ġew ittestjati. Minħabba s-sostituenti differenti, il-gradi ta 'sostituzzjoni u l-piżijiet molekulari ta' dawn l-eteri taċ-ċelluloża, l-enerġiji tal-wiċċ tagħhom u l-komponenti tagħhom huma differenti b'mod sinifikanti. Id-dejta turi li l-bażi ta 'Lewis ta' etere taċ-ċelluloża mhux joniku hija akbar mill-aċidu Lewis, u l-komponent ewlieni tal-enerġija ħielsa tal-wiċċ huwa l-forza Lifshitz-van der Waals. L-enerġija tal-wiċċ ta 'hydroxypropyl u l-kompożizzjoni tiegħu huma akbar minn dik ta' hydroxymethyl. Taħt il-premessa ta 'l-istess sostituent u grad ta' sostituzzjoni, l-enerġija ħielsa mill-wiċċ ta 'hydroxypropyl cellulose hija proporzjonali għall-piż molekulari; filwaqt li l-enerġija ħielsa mill-wiċċ ta 'hydroxypropyl methylcellulose hija proporzjonali għall-grad ta' sostituzzjoni u inversament proporzjonali għall-piż molekulari. L-esperiment sab ukoll li l-enerġija tal-wiċċ tas-sostituent hydroxypropyl u hydroxypropylmethyl fl-etere taċ-ċelluloża mhux joniku tidher li hija akbar mill-enerġija tal-wiċċ taċ-ċelluloża, u l-esperiment jipprova li l-enerġija tal-wiċċ taċ-ċelluloża ttestjata u l-kompożizzjoni tagħha Id-dejta hija konsistenti mal-letteratura.

Kliem ewlieni: Eteri taċ-ċelluloża mhux joniċi; sostituenti u gradi ta' sostituzzjoni; piż molekulari; proprjetajiet tal-wiċċ; teknoloġija tal-ftil

L-etere taċ-ċelluloża huwa kategorija kbira ta 'derivattivi taċ-ċelluloża, li jistgħu jinqasmu f'eteri anjoniċi, katjoniċi u mhux joniċi skont l-istruttura kimika tas-sostituenti tal-etere tagħhom. L-etere taċ-ċelluloża huwa wkoll wieħed mill-aktar prodotti bikrija riċerkati u prodotti fil-kimika tal-polimeru. S'issa, l-etere taċ-ċelluloża intuża ħafna fil-mediċina, l-iġjene, il-kożmetiċi u l-industrija tal-ikel.

Għalkemm l-eteri taċ-ċelluloża, bħal hydroxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose u hydroxypropylmethylcellulose, ġew prodotti industrijalment u ħafna mill-proprjetajiet tagħhom ġew studjati, l-enerġija tal-wiċċ tagħhom, proprjetajiet reattivi għall-aċidu Alkali ma ġewx irrappurtati s'issa. Peress li l-biċċa l-kbira ta 'dawn il-prodotti jintużaw f'ambjent likwidu, u l-karatteristiċi tal-wiċċ, speċjalment il-karatteristiċi tar-reazzjoni b'bażi ​​ta' aċidu, x'aktarx jaffettwaw l-użu tagħhom, huwa meħtieġ ħafna li jiġu studjati u jifhmu l-karatteristiċi kimiċi tal-wiċċ ta 'dan l-etere taċ-ċelluloża kummerċjali.

Meta wieħed iqis li l-kampjuni tad-derivattivi taċ-ċelluloża huma faċli ħafna li jinbidlu bil-bidla tal-kundizzjonijiet tal-preparazzjoni, dan id-dokument juża prodotti kummerċjali bħala kampjuni biex jikkaratterizzaw l-enerġija tal-wiċċ tagħhom, u abbażi ta 'dan, l-influwenza ta' sostituenti u piżijiet molekulari ta 'prodotti bħal dawn fuq il-wiċċ proprjetajiet huwa studjat.

1. Parti sperimentali

1.1 Materja prima

L-etere taċ-ċelluloża mhux joniku użat fl-esperiment huwa l-prodott ta 'KIMA KIMIĊI, LTD,. Il-kampjuni ma kienu suġġetti għal ebda trattament qabel l-ittestjar.

Meta wieħed iqis li d-derivattivi taċ-ċelluloża huma magħmula miċ-ċelluloża, iż-żewġ strutturi huma qrib, u l-proprjetajiet tal-wiċċ taċ-ċelluloża ġew irrappurtati fil-letteratura, għalhekk dan id-dokument juża ċ-ċelluloża bħala l-kampjun standard. Il-kampjun taċ-ċelluloża użat kien bl-isem ta' kodiċi C8002 u nxtara minnKIMA, CN. Il-kampjun ma kien soġġett għal ebda trattament matul it-test.

Ir-reaġenti użati fl-esperiment huma: etan, dijodomethane, ilma dejonizzat, formamide, toluene, kloroform. Il-likwidi kollha kienu prodotti analitikament puri ħlief l-ilma li kien disponibbli kummerċjalment.

1.2 Metodu sperimentali

F'dan l-esperiment, ġiet adottata t-teknika tal-wicking tal-kolonna, u sezzjoni (madwar 10 ċm) ta 'pipetta standard b'dijametru ta' ġewwa ta '3 mm inqatgħet bħala t-tubu tal-kolonna. Poġġi 200 mg ta 'kampjun ta' trab fit-tubu tal-kolonna kull darba, imbagħad ħawwadha biex tagħmilha uniformi u poġġiha vertikalment fuq il-qiegħ tal-kontenitur tal-ħġieġ b'dijametru ta 'ġewwa ta' madwar 3 ċm, sabiex il-likwidu jkun jista 'jiġi adsorbit spontanjament. Iżen 1 mL tal-likwidu li jrid jiġi ttestjat u poġġih f'kontenitur tal-ħġieġ, u rreġistra l-ħin ta 'immersjoni t u d-distanza ta' immersjoni X fl-istess ħin. L-esperimenti kollha saru f'temperatura tal-kamra (25±1°C). Kull data hija l-medja ta' tliet esperimenti replikati.

1.3 Kalkolu ta' data sperimentali

Il-bażi teoretika għall-applikazzjoni tat-teknika tal-wicking tal-kolonna biex tittestja l-enerġija tal-wiċċ ta 'materjali tat-trab hija l-ekwazzjoni ta' impregnazzjoni ta 'Washburn (ekwazzjoni ta' penetrazzjoni ta 'Washburn).

1.3.1 Determinazzjoni tar-raġġ effettiv kapillari Reff tal-kampjun imkejjel

Meta tiġi applikata l-formula ta 'immersjoni Washburn, il-kundizzjoni biex jinkiseb tixrib sħiħ hija cos=1. Dan ifisser li meta jintgħażel likwidu biex tgħaddas f'solidu biex tinkiseb kundizzjoni mxarrba għal kollox, nistgħu nikkalkulaw ir-raġġ effettiv kapillari Reff tal-kampjun imkejjel billi nittestjaw id-distanza u l-ħin ta 'immersjoni skont każ speċjali tal-formula ta' immersjoni Washburn.

1.3.2 Kalkolu tal-forza Lifshitz-van der Waals għall-kampjun imkejjel

Skond ir-regoli li jgħaqqdu van Oss-Chaudhury-Good, ir-relazzjoni bejn ir-reazzjonijiet bejn likwidi u solidi.

1.3.3 Kalkolu tal-forza ta' bażi ta' aċidu Lewis tal-kampjuni mkejla

B'mod ġenerali, il-proprjetajiet aċidu-bażi tas-solidi huma stmati minn data mimli bl-ilma u formamide. Iżda f'dan l-artikolu, sibna li m'hemm l-ebda problema meta tuża dan il-par ta 'likwidi polari biex tkejjel iċ-ċelluloża, iżda fit-test ta' l-etere taċ-ċelluloża, minħabba li l-għoli ta 'immersjoni tas-sistema ta' soluzzjoni polari ta 'ilma / formamide fl-etere taċ-ċelluloża huwa baxx wisq , li jagħmel ir-reġistrazzjoni tal-ħin diffiċli ħafna. Għalhekk, is-sistema ta 'soluzzjoni ta' toluene/kloroform introdotta minn Chibowsk ġiet magħżula. Skond Chibowski, sistema ta 'soluzzjoni polari toluene/kloroform hija wkoll għażla. Dan għaliex dawn iż-żewġ likwidi għandhom aċidità u alkalinità speċjali ħafna, pereżempju, it-toluene m'għandux aċidità Lewis, u l-kloroform m'għandux alkalinità Lewis. Sabiex tikseb id-dejta miksuba mis-sistema tas-soluzzjoni toluene/kloroform eqreb lejn is-sistema ta 'soluzzjoni polari rakkomandata ta' ilma/formamide, nużaw dawn iż-żewġ sistemi likwidi polari biex nittestjaw iċ-ċelluloża fl-istess ħin, u mbagħad niksbu l-koeffiċjenti ta 'espansjoni jew kontrazzjoni korrispondenti qabel ma tiġi applikata Id-dejta miksuba billi tgħaddi l-etere taċ-ċelluloża bit-toluene/kloroform hija qrib il-konklużjonijiet miksuba għas-sistema ilma/formamide. Peress li l-eteri taċ-ċelluloża huma derivati ​​miċ-ċelluloża u hemm struttura simili ħafna bejn it-tnejn, dan il-metodu ta 'stima jista' jkun validu.

1.3.4 Kalkolu tal-enerġija ħielsa totali tal-wiċċ

2. Riżultati u Diskussjoni

2.1 Standard taċ-ċelluloża

Peress li r-riżultati tat-test tagħna fuq kampjuni standard taċ-ċelluloża sabu li din id-dejta hija fi qbil tajjeb ma 'dawk irrappurtati fil-letteratura, huwa raġonevoli li wieħed jemmen li r-riżultati tat-test fuq l-eteri taċ-ċelluloża għandhom jitqiesu wkoll.

2.2 Riżultati tat-test u diskussjoni tal-etere taċ-ċelluloża

Matul it-test tal-etere taċ-ċelluloża, huwa diffiċli ħafna li tirreġistra d-distanza u l-ħin tal-immersjoni minħabba l-għoli tal-immersjoni baxx ħafna tal-ilma u l-formamide. Għalhekk, dan id-dokument jagħżel is-sistema ta 'soluzzjoni ta' toluene/kloroform bħala soluzzjoni alternattiva, u jistma l-aċidità Lewis ta 'etere taċ-ċelluloża bbażata fuq ir-riżultati tat-test ta' ilma/formamide u toluene/kloroform fuq iċ-ċelluloża u r-relazzjoni proporzjonali bejn iż-żewġ sistemi ta 'soluzzjoni. u qawwa alkalina.

Meta tieħu ċ-ċelluloża bħala kampjun standard, jingħataw serje ta 'karatteristiċi ta' aċidu-bażi ta 'eteri taċ-ċelluloża. Peress li r-riżultat tal-mili taċ-ċelluloża etere b'toluene/kloroform huwa ttestjat direttament, huwa konvinċenti.

Dan ifisser li t-tip u l-piż molekulari tas-sostituenti jaffettwaw il-proprjetajiet aċidu-bażi ta ' l-etere taċ-ċelluloża, u r-relazzjoni bejn iż-żewġ sostituenti, hydroxypropyl u hydroxypropylmethyl, fuq il-proprjetajiet aċidu-bażi ta ' l-etere taċ-ċelluloża u l-piż molekulari kompletament oppost. Iżda jista 'jkun relatat ukoll mal-fatt li l-MP huma sostituenti mħallta.

Peress li s-sostitujenti ta 'MO43 u K8913 huma differenti u għandhom l-istess piż molekulari, per eżempju, is-sostituent ta' l-ewwel huwa hydroxymethyl u s-sostituent ta 'l-aħħar huwa hydroxypropyl, iżda l-piż molekulari tat-tnejn huwa 100,000, għalhekk ifisser ukoll li l- premessa ta 'l-istess piż molekulari Taħt iċ-ċirkostanzi, l-S+ u S- tal-grupp hydroxymethyl jistgħu jkunu iżgħar mill-grupp hydroxypropyl. Iżda l-grad ta 'sostituzzjoni huwa wkoll possibbli, minħabba li l-grad ta' sostituzzjoni ta 'K8913 huwa madwar 3.00, filwaqt li dak ta' MO43 huwa biss 1.90.

Peress li l-grad ta 'sostituzzjoni u sostituenti ta' K8913 u K9113 huma l-istess iżda l-piż molekulari biss huwa differenti, it-tqabbil bejn it-tnejn juri li l-S + ta 'hydroxypropyl cellulose jonqos maż-żieda tal-piż molekulari, iżda S- jiżdied għall-kuntrarju. .

Mis-sommarju tar-riżultati tat-test tal-enerġija tal-wiċċ ta 'l-eteri taċ-ċelluloża kollha u l-komponenti tagħhom, wieħed jista' jara li kemm jekk hux ċelluloża jew etere taċ-ċelluloża, il-komponent ewlieni tal-enerġija tal-wiċċ tagħhom huwa l-forza ta 'Lifshitz-van der Waals, li jammontaw għal madwar 98% ~ 99%. Barra minn hekk, il-forzi Lifshitz-van der Waals ta 'dawn l-eteri taċ-ċelluloża mhux joniċi (ħlief MO43) huma wkoll l-aktar akbar minn dawk taċ-ċelluloża, li jindika li l-proċess ta' eterifikazzjoni taċ-ċelluloża huwa wkoll proċess ta 'żieda fil-forzi ta' Lifshitz-van der Waals. U dawn iż-żidiet iwasslu biex l-enerġija tal-wiċċ tal-etere taċ-ċelluloża tkun akbar minn dik taċ-ċelluloża. Dan il-fenomenu huwa interessanti ħafna minħabba li dawn l-eteri taċ-ċelluloża huma komunement użati fil-produzzjoni ta 'surfactants. Iżda d-dejta hija notevoli, mhux biss minħabba li d-dejta dwar il-kampjun standard ta 'referenza ttestjat f'dan l-esperiment hija estremament konsistenti mal-valur irrappurtat fil-letteratura, id-dejta dwar il-kampjun standard ta' referenza hija estremament konsistenti mal-valur irrappurtat fil-letteratura, għal eżempju: dawn iċ-ċelluloża kollha Is-SAB ta 'eteri huwa sinifikament iżgħar minn dak taċ-ċelluloża, u dan huwa dovut għall-bażijiet Lewis kbar ħafna tagħhom. Taħt il-premessa ta 'l-istess sostituent u grad ta' sostituzzjoni, l-enerġija ħielsa mill-wiċċ ta 'hydroxypropyl cellulose hija proporzjonali għall-piż molekulari; filwaqt li l-enerġija ħielsa mill-wiċċ ta 'hydroxypropyl methylcellulose hija proporzjonali għall-grad ta' sostituzzjoni u inversament proporzjonali għall-piż molekulari.

Barra minn hekk, minħabba li l-eteri taċ-ċelluloża għandhom SLW akbar minn ċelluloża, iżda diġà nafu li t-tixrid tagħhom huwa aħjar miċ-ċelluloża, għalhekk jista 'jiġi kkunsidrat preliminarjament li l-komponent ewlieni ta' SLW li jikkostitwixxi eteri taċ-ċelluloża mhux joniċi għandu jkun il-forza ta 'Londra.

3. Konklużjoni

Studji wrew li t-tip ta 'sostituent, il-grad ta' sostituzzjoni u l-piż molekulari għandhom influwenza kbira fuq l-enerġija tal-wiċċ u l-kompożizzjoni ta 'etere taċ-ċelluloża mhux joniku. U dan l-effett jidher li għandu r-regolarità li ġejja:

(1) S+ ta' etere taċ-ċelluloża mhux joniku huwa iżgħar minn S-.

(2) L-enerġija tal-wiċċ tal-etere taċ-ċelluloża mhux ijoniku hija ddominata mill-forza Lifshitz-van der Waals.

(3) Il-piż molekulari u s-sostituenti għandhom effett fuq l-enerġija tal-wiċċ ta 'eteri taċ-ċelluloża mhux joniċi, iżda jiddependi prinċipalment fuq it-tip ta' sostituenti.

(4) Taħt il-premessa ta 'l-istess sostituent u grad ta' sostituzzjoni, l-enerġija ħielsa mill-wiċċ ta 'hydroxypropyl cellulose hija proporzjonali għall-piż molekulari; filwaqt li l-enerġija ħielsa mill-wiċċ ta 'hydroxypropyl methylcellulose hija proporzjonali għall-grad ta' sostituzzjoni u inversament proporzjonali għall-piż molekulari.

(5) Il-proċess ta 'eterifikazzjoni taċ-ċelluloża huwa proċess li fih tiżdied il-forza ta' Lifshitz-van der Waals, u huwa wkoll proċess li fih l-aċidità ta 'Lewis tonqos u l-alkalinità ta' Lewis tiżdied.