Wpływ podstawników i masy cząsteczkowej na właściwości powierzchniowe niejonowego eteru celulozy

Zgodnie z teorią impregnacji Washburna (teoria penetracji) i teorią kombinacji van Oss-Good-Chaudhury'ego (teoria łączenia) oraz zastosowaniem technologii knota kolumnowego (technika odprowadzania wilgoci z kolumny), kilka niejonowych eterów celulozy, takich jak metyloceluloza. Właściwości powierzchniowe Badano celulozę, hydroksypropylocelulozę i hydroksypropylometylocelulozę. Ze względu na różne podstawniki, stopnie podstawienia i masy cząsteczkowe tych eterów celulozy, ich energie powierzchniowe i ich składniki znacznie się różnią. Dane pokazują, że zasada Lewisa w niejonowym eterze celulozy jest większa niż kwas Lewisa, a głównym składnikiem swobodnej energii powierzchniowej jest siła Lifshitza-van der Waalsa. Energia powierzchniowa hydroksypropylu i jego skład są większe niż w przypadku hydroksymetylu. Przy założeniu tego samego podstawnika i stopnia podstawienia, swobodna energia powierzchniowa hydroksypropylocelulozy jest proporcjonalna do masy cząsteczkowej; podczas gdy swobodna energia powierzchniowa hydroksypropylometylocelulozy jest proporcjonalna do stopnia podstawienia i odwrotnie proporcjonalna do masy cząsteczkowej. W eksperymencie stwierdzono również, że energia powierzchniowa podstawnika hydroksypropylowego i hydroksypropylometylowego w niejonowym eterze celulozy wydaje się być większa od energii powierzchniowej celulozy, a eksperyment dowodzi, że energia powierzchniowa badanej celulozy i jej składu Dane są zgodne z literaturą.

Słowa kluczowe: niejonowe etery celulozy; podstawniki i stopnie podstawienia; masa cząsteczkowa; właściwości powierzchni; technologia knota

Eter celulozy to obszerna kategoria pochodnych celulozy, które można podzielić na etery anionowe, kationowe i niejonowe, zgodnie z budową chemiczną ich podstawników eterowych. Eter celulozy jest również jednym z najwcześniej badanych produktów i wytwarzanych w chemii polimerów. Dotychczas eter celulozy znalazł szerokie zastosowanie w medycynie, higienie, kosmetyce i przemyśle spożywczym.

Chociaż etery celulozy, takie jak hydroksymetyloceluloza, hydroksypropyloceluloza i hydroksypropylometyloceluloza, są produkowane przemysłowo i badano wiele ich właściwości, dotychczas nie opisano ich właściwości związanych z energią powierzchniową i reaktywnością z kwasami. Ponieważ większość tych produktów jest stosowana w środowisku ciekłym, a właściwości powierzchni, zwłaszcza charakterystyka reakcji kwasowo-zasadowej, mogą mieć wpływ na ich użycie, bardzo konieczne jest zbadanie i zrozumienie właściwości chemicznych powierzchni tego dostępnego w handlu eteru celulozy.

Mając na uwadze, że próbki pochodnych celulozy bardzo łatwo ulegają zmianie wraz ze zmianą warunków przygotowania, w niniejszej pracy jako próbki wykorzystano produkty handlowe w celu scharakteryzowania ich energii powierzchniowej i na tej podstawie wpływu podstawników i mas cząsteczkowych takich produktów na powierzchnię badane są właściwości.

1. Część eksperymentalna

1.1 Surowce

Produktem niejonowego eteru celulozy użytego w doświadczeniu jest:KIMA CHEMICAL CO.,LTD,. Próbki nie były poddawane żadnej obróbce przed badaniem.

Biorąc pod uwagę, że pochodne celulozy składają się z celulozy, te dwie struktury są do siebie zbliżone, a w literaturze opisano właściwości powierzchniowe celulozy, dlatego w tym artykule jako próbkę standardową wykorzystano celulozę. Wykorzystana próbka celulozy miała nazwę kodową C8002 i została zakupiona odKIMA, CN. Próbka w trakcie badania nie była poddawana żadnej obróbce.

Odczynnikami stosowanymi w doświadczeniu są: etan, dijodometan, woda dejonizowana, formamid, toluen, chloroform. Wszystkie ciecze były produktami czystymi analitycznie, z wyjątkiem wody, która była dostępna w handlu.

1.2 Metoda eksperymentalna

W tym doświadczeniu przyjęto technikę przesiąkania kolumny i jako rurkę kolumny wycięto odcinek (około 10 cm) standardowej pipety o średnicy wewnętrznej 3 mm. Każdorazowo do probówki kolumny wsypać 200 mg sproszkowanej próbki, następnie wstrząsnąć nią do wyrównania i umieścić pionowo na dnie szklanego pojemnika o średnicy wewnętrznej około 3 cm, tak aby ciecz mogła zostać samoistnie zaadsorbowana. Odważyć 1 ml badanej cieczy i umieścić go w szklanym naczyniu, jednocześnie rejestrując czas zanurzenia t i odległość zanurzenia X. Wszystkie doświadczenia przeprowadzono w temperaturze pokojowej (25±1°C). Każde dane są średnią z trzech powtórzeń eksperymentów.

1.3 Obliczanie danych eksperymentalnych

Teoretyczną podstawą zastosowania techniki przesiąkania kolumny do badania energii powierzchniowej materiałów proszkowych jest równanie impregnacji Washburna (równanie penetracji Washburna).

1.3.1 Wyznaczanie efektywnego promienia kapilary Reff mierzonej próbki

Przy stosowaniu preparatu zanurzeniowego Washburn warunkiem osiągnięcia całkowitego zwilżenia jest cos=1. Oznacza to, że w przypadku wybrania cieczy zanurzonej w ciele stałym w celu uzyskania stanu całkowicie mokrego, możemy obliczyć efektywny promień kapilarny Reff mierzonej próbki, testując odległość i czas zanurzenia zgodnie ze specjalnym przypadkiem wzoru zanurzenia Washburna.

1.3.2 Obliczenie siły Lifshitza-van der Waalsa dla mierzonej próbki

Zgodnie z regułami łączenia van Oss-Chaudhury-Gooda, związek między reakcjami zachodzącymi pomiędzy cieczami i ciałami stałymi.

1.3.3 Obliczanie siły kwasowo-zasadowej Lewisa dla mierzonych próbek

Ogólnie rzecz biorąc, właściwości kwasowo-zasadowe ciał stałych ocenia się na podstawie danych impregnowanych wodą i formamidem. Jednak w tym artykule odkryliśmy, że nie ma problemu przy użyciu tej pary cieczy polarnych do pomiaru celulozy, ale w teście eteru celulozy, ponieważ wysokość zanurzenia układu polarnego roztworu woda/formamid w eterze celulozy jest zbyt niska , co bardzo utrudnia rejestrację czasu. Dlatego zdecydowano się na układ roztworów toluen/chloroform wprowadzony przez Chibowska. Według Chibowskiego opcją jest również układ polarnych roztworów toluen/chloroform. Dzieje się tak, ponieważ te dwie ciecze mają bardzo specyficzną kwasowość i zasadowość, na przykład toluen nie ma kwasowości Lewisa, a chloroform nie ma zasadowości Lewisa. Aby dane uzyskane za pomocą układu roztworów toluenu/chloroformu były bliższe zalecanemu układowi roztworów polarnych woda/formamid, używamy tych dwóch układów cieczy polarnych do jednoczesnego badania celulozy, a następnie uzyskujemy odpowiednie współczynniki rozszerzalności lub skurczu przed aplikacją Dane uzyskane po impregnacji eteru celulozy toluenem/chloroformem są bliskie wnioskom uzyskanym dla układu woda/formamid. Ponieważ etery celulozy pochodzą z celulozy i istnieje między nimi bardzo podobna struktura, ta metoda szacowania może być właściwa.

1.3.4 Obliczanie całkowitej darmowej energii powierzchniowej

2. Wyniki i dyskusja

2.1 Wzorzec celulozy

Ponieważ wyniki naszych testów na wzorcowych próbkach celulozy wykazały, że dane te są zgodne z danymi podanymi w literaturze, uzasadnione jest przekonanie, że należy wziąć pod uwagę również wyniki testów na eterach celulozy.

2.2 Wyniki badań i omówienie eteru celulozy

Podczas badania eteru celulozy bardzo trudno jest zarejestrować odległość i czas zanurzenia ze względu na bardzo małą wysokość zanurzenia wody i formamidu. Dlatego w niniejszej pracy jako rozwiązanie alternatywne wybrano układ roztworów toluen/chloroform i oszacowano kwasowość Lewisa eteru celulozy na podstawie wyników badań wody/formamidu i toluenu/chloroformu na celulozie oraz proporcjonalnej zależności pomiędzy obydwoma układami roztworów. i moc alkaliczna.

Biorąc celulozę za próbkę standardową, podano szereg właściwości kwasowo-zasadowych eterów celulozy. Ponieważ wynik impregnacji eteru celulozy toluenem/chloroformem jest bezpośrednio badany, jest on przekonujący.

Oznacza to, że rodzaj i masa cząsteczkowa podstawników wpływa na właściwości kwasowo-zasadowe eteru celulozy oraz związek między dwoma podstawnikami, hydroksypropylem i hydroksypropylometylem, na właściwości kwasowo-zasadowe eteru celulozy i masę cząsteczkową całkowicie odwrotną. Ale może to być również związane z faktem, że MP są podstawnikami mieszanymi.

Ponieważ podstawniki MO43 i K8913 są różne i mają tę samą masę cząsteczkową, na przykład podstawnik pierwszego to hydroksymetyl, a podstawnik drugiego to hydroksypropyl, ale masa cząsteczkowa obu wynosi 100 000, więc oznacza to również, że założenie tej samej masy cząsteczkowej. W pewnych okolicznościach grupy S+ i S- grupy hydroksymetylowej mogą być mniejsze niż grupy hydroksypropylowej. Ale stopień podstawienia jest również możliwy, ponieważ stopień podstawienia K8913 wynosi około 3,00, podczas gdy MO43 wynosi tylko 1,90.

Ponieważ stopień podstawienia i podstawniki K8913 i K9113 są takie same, ale różni się tylko masa cząsteczkowa, porównanie między nimi pokazuje, że S+ hydroksypropylocelulozy zmniejsza się wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej, ale S- wręcz przeciwnie. .

Z podsumowania wyników badań energii powierzchniowej wszystkich eterów celulozy i ich składników można zauważyć, że niezależnie od tego, czy jest to celuloza, czy eter celulozy, głównym składnikiem ich energii powierzchniowej jest siła Lifshitza-van der Waalsa, odpowiadająca około 98% ~ 99%. Co więcej, siły Lifshitza-van der Waalsa tych niejonowych eterów celulozy (z wyjątkiem MO43) są również w większości większe niż w przypadku celulozy, co wskazuje, że proces eteryfikacji celulozy jest również procesem zwiększania sił Lifshitza-van der Waalsa. Wzrosty te prowadzą do tego, że energia powierzchniowa eteru celulozy jest większa niż energii celulozy. Zjawisko to jest bardzo interesujące, ponieważ etery celulozy są powszechnie stosowane w produkcji środków powierzchniowo czynnych. Dane te są jednak godne uwagi nie tylko dlatego, że dane dotyczące wzorcowej próbki referencyjnej badanej w tym eksperymencie są niezwykle spójne z wartością podaną w literaturze, ale także dlatego, że dane dotyczące wzorcowej próbki referencyjnej są niezwykle spójne z wartością podaną w literaturze, na przykład przykład: wszystkie te celulozy SAB eterów jest znacznie mniejszy niż celulozy, a to ze względu na ich bardzo duże zasady Lewisa. Przy założeniu tego samego podstawnika i stopnia podstawienia, swobodna energia powierzchniowa hydroksypropylocelulozy jest proporcjonalna do masy cząsteczkowej; podczas gdy swobodna energia powierzchniowa hydroksypropylometylocelulozy jest proporcjonalna do stopnia podstawienia i odwrotnie proporcjonalna do masy cząsteczkowej.

Dodatkowo, ponieważ etery celulozy mają większy SLW niż celuloza, ale wiemy już, że ich dyspergowalność jest lepsza niż celulozy, można zatem wstępnie uznać, że głównym składnikiem SLW stanowiącym niejonowe etery celulozy powinna być siła Londona.

3. Wniosek

Badania wykazały, że rodzaj podstawnika, stopień podstawienia i masa cząsteczkowa mają duży wpływ na energię powierzchniową i skład niejonowego eteru celulozy. Efekt ten wydaje się mieć następującą prawidłowość:

(1) S+ niejonowego eteru celulozy jest mniejszy niż S-.

(2) Energia powierzchniowa niejonowego eteru celulozy jest zdominowana przez siłę Lifshitza-van der Waalsa.

(3) Masa cząsteczkowa i podstawniki mają wpływ na energię powierzchniową niejonowych eterów celulozy, ale zależy to głównie od rodzaju podstawników.

(4) Przy założeniu tego samego podstawnika i stopnia podstawienia, swobodna energia powierzchniowa hydroksypropylocelulozy jest proporcjonalna do masy cząsteczkowej; podczas gdy swobodna energia powierzchniowa hydroksypropylometylocelulozy jest proporcjonalna do stopnia podstawienia i odwrotnie proporcjonalna do masy cząsteczkowej.

(5) Proces eteryfikacji celulozy jest procesem, w którym zwiększa się siła Lifshitza-van der Waalsa, jest to także proces, w którym zmniejsza się kwasowość Lewisa i wzrasta zasadowość Lewisa.