Egenskaper til kationisk celluloseeterløsning

De fortynnede løsningsegenskapene til en kationisk celluloseeter med høy ladningstetthet (KG-30M) ved forskjellige pH-verdier ble studert med et laserspredningsinstrument, fra den hydrodynamiske radiusen (Rh) ved forskjellige vinkler, og den gjennomsnittlige kvadratiske rotasjonsradiusen. Rg Forholdet til Rh antyder at formen er uregelmessig, men nær sfærisk. Deretter ble ved hjelp av reometer tre konsentrerte løsninger av kationiske celluloseetere med forskjellige ladningstettheter studert i detalj, og påvirkningen av konsentrasjon, pH-verdi og egen ladningstetthet på dens reologiske egenskaper ble diskutert. Etter hvert som konsentrasjonen økte, ble Newtons eksponent først redusert og deretter redusert. Svingninger eller til og med tilbakeslag forekommer, og tiksotrop oppførsel oppstår ved 3 % (massefraksjon). En moderat ladningstetthet er fordelaktig for å oppnå en høyere nullskjær-viskositet, og pH har liten effekt på viskositeten.

Stikkord:kationisk celluloseeter; morfologi; null skjærviskositet; reologi

Cellulosederivater og deres modifiserte funksjonelle polymerer har vært mye brukt innen fysiologiske og sanitære produkter, petrokjemikalier, medisin, mat, personlig pleieprodukter, emballasje, etc. Vannløselig kationisk celluloseeter (CCE) er på grunn av sin med sterk fortykning evne, er det mye brukt i daglige kjemikalier, spesielt sjampoer, og kan forbedre combability av hår etter sjamponering. Samtidig, på grunn av sin gode kompatibilitet, kan den brukes i to-i-ett- og alt-i-ett-sjampoer. Den har også gode søknadsmuligheter og har tiltrukket seg oppmerksomhet fra forskjellige land. Det er rapportert i litteraturen at cellulosederivatløsninger viser atferd som Newtonsk væske, pseudoplastisk væske, tiksotrop væske og viskoelastisk væske med økning i konsentrasjon, men morfologien, reologien og påvirkningsfaktorene til kationisk celluloseeter i vandig løsning Det er få forskningsrapporter. Denne artikkelen fokuserer på den reologiske oppførselen til kvaternær ammoniummodifisert vandig celluloseløsning, for å gi en referanse for praktisk anvendelse.

1. Eksperimentell del

1.1 Råvarer

Kationisk celluloseeter (KG-30M, JR-30M, LR-30M); Canada Dow Chemical Company-produkt, levert av Procter & Gamble Company Kobe R&D Center i Japan, målt av Vario EL elementæranalysator (German Elemental Company), prøven Nitrogeninnholdet er henholdsvis 2,7 %, 1,8 %, 1,0 % (ladningstettheten er henholdsvis 1,9 Meq/g, 1,25 Meq/g, 0,7 Meq/g), og den er testet av det tyske ALV-5000E laserlysspredningsinstrumentet (LLS) målt at dens gjennomsnittlige molekylvekt er ca. 1,64.×106 g/mol.

1.2 Klargjøring av løsning

Prøven ble renset ved filtrering, dialyse og frysetørking. Vei en serie på henholdsvis tre kvantitative prøver, og tilsett standard bufferløsning med pH 4,00, 6,86, 9,18 for å forberede den nødvendige konsentrasjonen. For å sikre at prøvene var fullstendig oppløst, ble alle prøveløsninger plassert på en magnetrører i 48 timer før testing.

1.3 Lysspredningsmåling

Bruk LLS for å måle den vekt-gjennomsnittlige molekylvekten til prøven i fortynnet vandig løsning, den hydrodynamiske radiusen og rotens gjennomsnittlige rotasjonsradius når den andre Villi-koeffisienten og forskjellige vinkler, og konkluder at denne kationiske celluloseeteren er i den vandige løsningen etter forholdsstatus.

1.4 Viskositetsmåling og reologisk undersøkelse

Den konsentrerte CCE-løsningen ble studert av Brookfield RVDV-III+ reometer, og påvirkningen av konsentrasjon, ladningstetthet og pH-verdi på reologiske egenskaper som prøveviskositet ble undersøkt. Ved høyere konsentrasjoner er det nødvendig å undersøke tiksotropien.

2. Resultater og diskusjon

2.1 Forskning på lysspredning

På grunn av sin spesielle molekylstruktur er det vanskelig å eksistere i form av et enkelt molekyl selv i et godt løsningsmiddel, men i form av visse stabile miceller, klynger eller assosiasjoner.

Når den fortynnede vandige løsningen (~0,1%) av CCE ble observert med et polariserende mikroskop, under bakgrunnen av det ortogonale feltet med svart kors, dukket det opp "stjerne" lyse flekker og lyse stolper. Den er videre preget av lysspredning, den dynamiske hydrodynamiske radiusen ved forskjellige pH og vinkler, rotmiddelkvadratrotasjonsradiusen og den andre Villi-koeffisienten hentet fra Berry-diagrammet er oppført i Tab. 1. Fordelingsgrafen for den hydrodynamiske radiusfunksjonen oppnådd ved en konsentrasjon på 10-5 er hovedsakelig en enkelt topp, men fordelingen er veldig bred (fig. 1), noe som indikerer at det er assosiasjoner på molekylnivå og store aggregater i systemet ; Det er endringer, og Rg/Rb-verdiene er rundt 0,775, noe som indikerer at formen på CCE i løsning er nær sfærisk, men ikke regelmessig nok. Effekten av pH på Rb og Rg er ikke åpenbar. Motionen i bufferløsningen samhandler med CCE for å skjerme ladningen på sidekjeden og få den til å krympe, men forskjellen varierer med typen motion. Lysspredningsmåling av ladede polymerer er utsatt for langdistansekraftinteraksjon og ekstern interferens, så det er visse feil og begrensninger i LLS-karakterisering. Når massefraksjonen er større enn 0,02 %, er det stort sett uadskillelige doble topper eller til og med flere topper i Rh-fordelingsdiagrammet. Når konsentrasjonen øker, øker også Rh, noe som indikerer at flere makromolekyler er assosiert eller til og med aggregert. Når Cao et al. brukte lysspredning for å studere kopolymeren av karboksymetylcellulose og overflateaktive makromerer, var det også uadskillelige doble topper, hvorav den ene var mellom 30nm og 100nm, som representerer dannelsen av miceller på molekylært nivå, og den andre Toppen Rh er relativt sett. stor, som anses å være et aggregat, som ligner på resultatene bestemt i denne artikkelen.

2.2 Forskning på reologisk atferd

2.2.1 Effekt av konsentrasjon:Mål den tilsynelatende viskositeten til KG-30M-løsninger med forskjellige konsentrasjoner ved forskjellige skjærhastigheter, og i henhold til den logaritmiske formen av kraftlovligningen foreslått av Ostwald-Dewaele, når massefraksjonen ikke overstiger 0,7% , og en rekke rette linjer med lineære korrelasjonskoeffisienter større enn 0,99 ble oppnådd. Og når konsentrasjonen øker, synker verdien av Newtons eksponent n (alle mindre enn 1), noe som viser en åpenbar pseudoplastisk væske. Drevet av skjærkraft begynner de makromolekylære kjedene å løse seg og orientere seg, slik at viskositeten avtar. Når massefraksjonen er større enn 0,7 %, synker den lineære korrelasjonskoeffisienten til den oppnådde rette linjen (omtrent 0,98), og n begynner å svinge eller til og med stige med økningen av konsentrasjonen; når massefraksjonen når 3 % (fig. 2), øker tabellen Den tilsynelatende viskositeten først og avtar deretter med økningen av skjærhastigheten. Denne serien av fenomener er forskjellig fra rapportene om andre anioniske og kationiske polymerløsninger. n-verdien stiger, det vil si at den ikke-newtonske egenskapen svekkes; Newtonsk væske er en viskøs væske, og intermolekylær glidning skjer under påvirkning av skjærspenning, og den kan ikke gjenvinnes; ikke-newtonsk væske inneholder en utvinnbar elastisk del og en ikke-utvinnbar viskøs del. Under påvirkning av skjærspenning oppstår den irreversible glidningen mellom molekyler, og på samme tid, fordi makromolekylene strekkes og orienteres med skjæringen, dannes en utvinnbar elastisk del. Når den ytre kraften fjernes, har makromolekylene en tendens til å gå tilbake til den opprinnelige krøllede formen, så verdien av n går opp. Konsentrasjonen fortsetter å øke for å danne en nettverksstruktur. Når skjærspenningen er liten, vil den ikke bli ødelagt, og det vil kun oppstå elastisk deformasjon. På dette tidspunktet vil elastisiteten bli relativt forbedret, viskositeten vil bli svekket, og verdien av n vil avta; mens skjærspenningen øker gradvis i løpet av måleprosessen, så n Verdien svinger. Når massefraksjonen når 3 %, øker først den tilsynelatende viskositeten og avtar deretter, fordi den lille skjærkraften fremmer kollisjonen av makromolekyler for å danne store aggregater, så viskositeten stiger, og skjærspenningen fortsetter å bryte aggregatene. , vil viskositeten reduseres igjen.

I undersøkelsen av tiksotropi, still inn hastigheten (r/min) for å nå ønsket y, øk hastigheten med jevne mellomrom til den når den innstilte verdien, og slipp deretter raskt fra maksimal hastighet tilbake til startverdien for å oppnå tilsvarende Skjærspenningen, dens forhold til skjærhastigheten er vist i fig. 3. Når massefraksjonen er mindre enn 2,5 %, overlapper den oppadgående kurven og den nedadgående kurven fullstendig, men når massefraksjonen er 3 %, vil de to linjene no. lengre overlapping, og den nedadgående linjen henger etter, noe som indikerer tiksotropi.

Tidsavhengigheten til skjærspenning er kjent som reologisk motstand. Reologisk motstand er en karakteristisk oppførsel av viskoelastiske væsker og væsker med tiksotropiske strukturer. Det er funnet at jo større y er ved samme massefraksjon, jo raskere når r likevekt, og tidsavhengigheten er mindre; ved en lavere massefraksjon (<2%) viser ikke CCE reologisk resistens. Når massefraksjonen øker til 2,5 % viser den en sterk tidsavhengighet (fig. 4), og det tar ca 10 minutter å nå likevekt, mens ved 3,0 % tar likevektstiden 50 minutter. Den gode tiksotropien til systemet bidrar til praktisk anvendelse.

2.2.2 Effekten av ladningstetthet:den logaritmiske formen av Spencer-Dillons empiriske formel er valgt, der null-kuttet viskositet, b er konstant ved samme konsentrasjon og forskjellig temperatur, og øker med økning av konsentrasjon ved samme temperatur. I følge kraftlovligningen som ble vedtatt av Onogi i 1966, er M den relative molekylmassen til polymeren, A og B er konstanter, og c er massefraksjonen (%). Fig.5 De tre kurvene har åpenbare infleksjonspunkter rundt 0,6 %, det vil si at det er en kritisk massefraksjon. Mer enn 0,6 %, null-skjær-viskositeten øker raskt med økningen av konsentrasjon C. Kurvene til de tre prøvene med forskjellige ladningstettheter er veldig nære. I motsetning til dette, når massefraksjonen er mellom 0,2 % og 0,8 %, er null-kutt-viskositeten til LR-prøven med den minste ladningstettheten størst, fordi hydrogenbindingsassosiasjonen krever en viss kontakt. Derfor er ladningstettheten nært knyttet til om makromolekylene kan ordnes på en ryddig og kompakt måte; gjennom DSC-testing er det funnet at LR har en svak krystalliseringstopp, noe som indikerer en passende ladningstetthet, og null-skjær-viskositeten er høyere ved samme konsentrasjon. Når massefraksjonen er mindre enn 0,2 %, er LR den minste, fordi i fortynnet løsning er det mer sannsynlig at makromolekyler med lav ladningstetthet danner spoleorientering, så null-skjær-viskositeten er lav. Dette har en god veiledende betydning når det gjelder fortykningsytelse.

2.2.3 pH-effekt: Fig. 6 er resultatet målt ved forskjellig pH innenfor området 0,05% til 2,5% massefraksjon. Det er et bøyningspunkt rundt 0,45 %, men de tre kurvene overlapper nesten hverandre, noe som indikerer at pH ikke har noen åpenbar effekt på null-skjær-viskositeten, som er ganske forskjellig fra følsomheten til anionisk celluloseeter for pH.

3. Konklusjon

Den fortynnede vandige løsningen KG-30M studeres av LLS, og den oppnådde hydrodynamiske radiusfordelingen er en enkelt topp. Fra vinkelavhengigheten og Rg/Rb-forholdet kan det utledes at formen er nær sfærisk, men ikke regelmessig nok. For CCE-løsningene med tre ladningstettheter øker viskositeten med økningen av konsentrasjonen, men Newtons jakttall n synker først, deretter svinger og til og med stiger; pH har liten effekt på viskositeten, og en moderat ladningstetthet kan oppnå en høyere viskositet.