Effekter av substituenter og molekylvekt på overflateegenskapene til ikke-ionisk celluloseeter

I henhold til Washburns impregneringsteori (Penetration Theory) og van Oss-Good-Chaudhurys kombinasjonsteori (Combining Theory) og anvendelse av søyleveketeknologi (Column Wicking Technique), flere ikke-ioniske celluloseetere, som metylcellulose Overflateegenskapene til cellulose, hydroksypropylcellulose og hydroksypropylmetylcellulose ble testet. På grunn av de forskjellige substituentene, substitusjonsgradene og molekylvektene til disse celluloseeterne, er deres overflateenergier og deres komponenter betydelig forskjellige. Dataene viser at Lewis-basen til ikke-ionisk celluloseeter er større enn Lewis-syren, og hovedkomponenten i den frie overflateenergien er Lifshitz-van der Waals-kraften. Overflateenergien til hydroksypropyl og dets sammensetning er større enn hydroksymetyl. Under forutsetningen om den samme substituenten og substitusjonsgraden er den frie overflateenergien til hydroksypropylcellulose proporsjonal med molekylvekten; mens den frie overflateenergien til hydroksypropylmetylcellulose er proporsjonal med substitusjonsgraden og omvendt proporsjonal med molekylvekten. Eksperimentet fant også at overflateenergien til substituenten hydroksypropyl og hydroksypropylmetyl i den ikke-ioniske celluloseeteren ser ut til å være større enn overflateenergien til cellulose, og eksperimentet beviser at overflateenergien til den testede cellulosen og dens sammensetning. i samsvar med litteraturen.

Stikkord: ikke-ioniske celluloseetere; substituenter og substitusjonsgrader; molekylvekt; overflateegenskaper; veketeknologi

Celluloseeter er en stor kategori av cellulosederivater, som kan deles inn i anioniske, kationiske og ikke-ioniske etere i henhold til den kjemiske strukturen til deres etersubstituenter. Celluloseeter er også et av de tidligste produktene som er forsket på og produsert innen polymerkjemi. Så langt har celluloseeter blitt mye brukt i medisin, hygiene, kosmetikk og næringsmiddelindustrien.

Selv om celluloseetere, slik som hydroksymetylcellulose, hydroksypropylcellulose og hydroksypropylmetylcellulose, har blitt produsert industrielt og mange av egenskapene deres er studert, har deres overflateenergi, syrealkali-reaktive egenskaper ikke blitt rapportert så langt. Siden de fleste av disse produktene brukes i et flytende miljø, og overflateegenskapene, spesielt syre-basereaksjonsegenskapene, sannsynligvis vil påvirke bruken av dem, er det svært nødvendig å studere og forstå de kjemiske overflateegenskapene til denne kommersielle celluloseeteren.

Tatt i betraktning at prøvene av cellulosederivater er svært enkle å endre med endring av tilberedningsbetingelsene, bruker denne artikkelen kommersielle produkter som prøver for å karakterisere deres overflateenergi, og basert på dette, påvirkningen av substituenter og molekylvekter av slike produkter på overflaten egenskaper studeres.

1. Eksperimentell del

1.1 Råvarer

Den ikke-ioniske celluloseeteren som ble brukt i forsøket er produktet avKIMA CHEMICAL CO., LTD,. Prøvene ble ikke utsatt for noen behandling før testing.

Tatt i betraktning at cellulosederivater er laget av cellulose, er de to strukturene nære, og overflateegenskapene til cellulose er rapportert i litteraturen, så denne artikkelen bruker cellulose som standardprøve. Celluloseprøven som ble brukt var kodenavnet C8002 og ble kjøpt fraKIMA, CN. Prøven ble ikke utsatt for noen behandling under testen.

Reagensene som ble brukt i forsøket er: etan, dijodmetan, avionisert vann, formamid, toluen, kloroform. Alle væsker var analytisk rene produkter bortsett fra vann som var kommersielt tilgjengelig.

1.2 Eksperimentell metode

I dette eksperimentet ble kolonneveketeknikken tatt i bruk, og en seksjon (ca. 10 cm) av en standardpipette med en indre diameter på 3 mm ble kuttet som kolonnerør. Ha 200 mg pulverisert prøve inn i kolonnerøret hver gang, rist det deretter for å gjøre det jevnt og plasser det vertikalt på bunnen av glassbeholderen med en indre diameter på ca. 3 cm, slik at væsken kan adsorberes spontant. Vei 1 mL av væsken som skal testes og legg den i en glassbeholder, og noter nedsenkingstiden t og nedsenkingsavstanden X samtidig. Alle eksperimenter ble utført ved romtemperatur (25±1°C). Hver data er gjennomsnittet av tre replikateksperimenter.

1.3 Beregning av eksperimentelle data

Det teoretiske grunnlaget for anvendelse av søyleveketeknikk for å teste overflateenergien til pulvermaterialer er Washburn-impregneringsligningen (Washburn-penetrasjonsligningen).

1.3.1 Bestemmelse av kapillær effektiv radius Reff for den målte prøven

Ved påføring av Washburn nedsenkingsformelen er betingelsen for å oppnå fullstendig fukting cos=1. Dette betyr at når en væske velges for å senkes ned i et fast stoff for å oppnå en fullstendig våt tilstand, kan vi beregne den kapillære effektive radius Reff for den målte prøven ved å teste nedsenkingsavstanden og tiden i henhold til et spesielt tilfelle av Washburn-nedsenkingsformelen.

1.3.2 Lifshitz-van der Waals kraftberegning for den målte prøven

I følge van Oss-Chaudhury-Goods kombineringsregler, forholdet mellom reaksjonene mellom væsker og faste stoffer.

1.3.3 Beregning av Lewis-syre-base-kraften til de målte prøvene

Generelt estimeres syre-baseegenskapene til faste stoffer fra data impregnert med vann og formamid. Men i denne artikkelen fant vi ut at det ikke er noe problem når du bruker dette paret av polare væsker til å måle cellulose, men i testen av celluloseeter, fordi nedsenkingshøyden til det polare løsningssystemet av vann/formamid i celluloseeter er for lav. , noe som gjør tidsregistrering svært vanskelig. Derfor ble toluen/kloroformløsningssystemet introdusert av Chibowsk valgt. Ifølge Chibowski er også et toluen/kloroform polar løsningssystem et alternativ. Dette er fordi disse to væskene har helt spesiell surhet og alkalitet, for eksempel har toluen ingen Lewis-syre, og kloroform har ingen Lewis-alkalinitet. For å få dataene innhentet av toluen/kloroformløsningssystemet nærmere det anbefalte polare løsningssystemet av vann/formamid, bruker vi disse to polare væskesystemene til å teste cellulose samtidig, og får deretter de tilsvarende ekspansjons- eller kontraksjonskoeffisientene før påføring Dataene oppnådd ved å impregnere celluloseeter med toluen/kloroform er nær konklusjonene oppnådd for vann/formamid-systemet. Siden celluloseetere er avledet fra cellulose og det er en veldig lik struktur mellom de to, kan denne estimeringsmetoden være gyldig.

1.3.4 Beregning av total overflatefri energi

2. Resultater og diskusjon

2.1 Cellulosestandard

Siden våre testresultater på cellulosestandardprøver fant at disse dataene stemmer godt overens med de som er rapportert i litteraturen, er det rimelig å tro at testresultatene på celluloseetere også bør vurderes.

2.2 Testresultater og diskusjon av celluloseeter

Under testen av celluloseeter er det svært vanskelig å registrere nedsenkingsavstanden og tiden på grunn av den svært lave nedsenkingshøyden til vann og formamid. Derfor velger denne artikkelen toluen/kloroformløsningssystemet som en alternativ løsning, og estimerer Lewis-surheten til celluloseeter basert på testresultatene for vann/formamid og toluen/kloroform på cellulose og det proporsjonale forholdet mellom de to løsningssystemene. og alkalisk kraft.

Ved å ta cellulose som en standardprøve, er det gitt en rekke syre-base-karakteristikker for celluloseetere. Siden resultatet av impregnering av celluloseeter med toluen/kloroform er direkte testet, er det overbevisende.

Dette betyr at typen og molekylvekten til substituentene påvirker syre-base-egenskapene til celluloseeter, og forholdet mellom de to substituentene, hydroksypropyl og hydroksypropylmetyl, på syre-base-egenskapene til celluloseeter og molekylvekten helt motsatt. Men det kan også ha sammenheng med at parlamentsmedlemmer er blandede substituenter.

Siden substituentene til MO43 og K8913 er forskjellige og har samme molekylvekt, for eksempel, er substituenten til førstnevnte hydroksymetyl og substituenten til sistnevnte er hydroksypropyl, men molekylvekten til begge er 100 000, så det betyr også at premiss med samme molekylvekt Under omstendighetene kan S+ og S- av hydroksymetylgruppen være mindre enn hydroksypropylgruppen. Men substitusjonsgraden er også mulig, fordi substitusjonsgraden til K8913 er omtrent 3,00, mens den for MO43 bare er 1,90.

Siden substitusjonsgraden og substituentene til K8913 og K9113 er de samme, men bare molekylvekten er forskjellig, viser sammenligningen mellom de to at S+ av hydroksypropylcellulose avtar med økningen i molekylvekt, men S- øker tvert imot. .

Fra oppsummeringen av testresultatene av overflateenergien til alle celluloseetere og deres komponenter, kan det sees at enten det er cellulose eller celluloseeter, er hovedkomponenten i overflateenergien Lifshitz-van der Waals-kraften, som står for ca. 98 % ~ 99 %. Dessuten er Lifshitz-van der Waals-kreftene til disse ikke-ioniske celluloseeterne (unntatt MO43) også stort sett større enn de til cellulose, noe som indikerer at foretringsprosessen av cellulose også er en prosess for å øke Lifshitz-van der Waals-kreftene. Og disse økningene fører til at overflateenergien til celluloseeter er større enn til cellulose. Dette fenomenet er veldig interessant fordi disse celluloseeterne ofte brukes i produksjonen av overflateaktive stoffer. Men dataene er bemerkelsesverdige, ikke bare fordi dataene om referansestandardprøven testet i dette eksperimentet er ekstremt konsistente med verdien rapportert i litteraturen, dataene om referansestandardprøven er ekstremt konsistente med verdien rapportert i litteraturen, for eksempel: alle disse cellulose SAB av etere er betydelig mindre enn for cellulose, og dette er på grunn av deres veldig store Lewis-baser. Under forutsetningen om den samme substituenten og substitusjonsgraden er den frie overflateenergien til hydroksypropylcellulose proporsjonal med molekylvekten; mens den frie overflateenergien til hydroksypropylmetylcellulose er proporsjonal med substitusjonsgraden og omvendt proporsjonal med molekylvekten.

I tillegg, fordi celluloseetere har større SLW enn cellulose, men vi vet allerede at deres dispergerbarhet er bedre enn cellulose, så det kan foreløpig vurderes at hovedkomponenten i SLW som utgjør ikke-ioniske celluloseetere bør være London-styrken.

3. Konklusjon

Studier har vist at type substituent, substitusjonsgrad og molekylvekt har stor innflytelse på overflateenergien og sammensetningen av ikke-ionisk celluloseeter. Og denne effekten ser ut til å ha følgende regelmessighet:

(1) S+ for ikke-ionisk celluloseeter er mindre enn S-.

(2) Overflateenergien til ikke-ionisk celluloseeter domineres av Lifshitz-van der Waals kraft.

(3) Molekylvekt og substituenter har en effekt på overflateenergien til ikke-ioniske celluloseetere, men det avhenger hovedsakelig av typen substituenter.

(4) Under forutsetningen av den samme substituenten og substitusjonsgraden, er den frie overflateenergien til hydroksypropylcellulose proporsjonal med molekylvekten; mens den frie overflateenergien til hydroksypropylmetylcellulose er proporsjonal med substitusjonsgraden og omvendt proporsjonal med molekylvekten.

(5) Foretringsprosessen av cellulose er en prosess der Lifshitz-van der Waals-kraften øker, og det er også en prosess der Lewis-syren avtar og Lewis-alkaliniteten øker.