Влияние заместителей и молекулярной массы на поверхностные свойства неионного эфира целлюлозы

В соответствии с теорией пропитки Уошберна (теория проникновения) и комбинационной теорией ван Осса-Гуд-Чодхури (теория объединения) и применением технологии столбчатого фитиля (метод колонного впитывания), некоторые неионные эфиры целлюлозы, такие как метилцеллюлоза. Были протестированы целлюлоза, гидроксипропилцеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза. Из-за различных заместителей, степеней замещения и молекулярной массы этих эфиров целлюлозы их поверхностная энергия и их компоненты существенно различаются. Данные показывают, что основание Льюиса неионного эфира целлюлозы больше, чем кислота Льюиса, а основным компонентом поверхностной свободной энергии является сила Лифшица-ван-дер-Ваальса. Поверхностная энергия гидроксипропила и его состав больше, чем у гидроксиметила. При условии одинакового заместителя и степени замещения поверхностная свободная энергия гидроксипропилцеллюлозы пропорциональна молекулярной массе; тогда как поверхностная свободная энергия гидроксипропилметилцеллюлозы пропорциональна степени замещения и обратно пропорциональна молекулярной массе. Эксперимент также обнаружил, что поверхностная энергия заместителя гидроксипропила и гидроксипропилметила в неионном эфире целлюлозы, по-видимому, больше, чем поверхностная энергия целлюлозы, и эксперимент доказывает, что поверхностная энергия тестируемой целлюлозы и ее состава. Данные соответствует литературе.

Ключевые слова: неионогенные эфиры целлюлозы; заместители и степени замещения; молекулярная масса; свойства поверхности; фитильная технология

Эфиры целлюлозы представляют собой большую категорию производных целлюлозы, которые в зависимости от химической структуры их эфирных заместителей можно разделить на анионные, катионные и неионные эфиры. Эфир целлюлозы также является одним из первых продуктов, исследованных и произведенных в химии полимеров. До сих пор эфир целлюлозы широко использовался в медицине, гигиене, косметике и пищевой промышленности.

Хотя простые эфиры целлюлозы, такие как гидроксиметилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза, производятся промышленным путем и многие из их свойств изучены, об их поверхностной энергии и свойствах, реагирующих на кислоту и щелочь, до сих пор не сообщалось. Поскольку большинство этих продуктов используются в жидкой среде, а характеристики поверхности, особенно характеристики кислотно-основной реакции, могут влиять на их использование, очень важно изучить и понять химические характеристики поверхности этого коммерческого эфира целлюлозы.

Учитывая, что образцы производных целлюлозы очень легко изменить при изменении условий приготовления, в данной работе в качестве образцов для характеристики их поверхностной энергии использованы коммерческие продукты и на этой основе влияние заместителей и молекулярных масс таких продуктов на поверхность. свойства изучаются.

1. Экспериментальная часть

1.1 Сырье

Неионный эфир целлюлозы, использованный в эксперименте, является продуктомКИМА КЕМИКАЛ КО., ООО,. Перед испытанием образцы не подвергались какой-либо обработке.

Учитывая, что производные целлюлозы состоят из целлюлозы, эти две структуры близки, а о поверхностных свойствах целлюлозы сообщалось в литературе, поэтому в данной статье целлюлоза используется в качестве стандартного образца. Использованный образец целлюлозы имел кодовое название C8002 и был приобретен у компанииКИМА, CN. Во время испытания образец не подвергался какой-либо обработке.

В качестве реактивов использовали: этан, дииодметан, деионизированную воду, формамид, толуол, хлороформ. Все жидкости представляли собой аналитически чистые продукты, за исключением коммерчески доступной воды.

1.2 Экспериментальный метод

В этом эксперименте была использована техника впитывания колонки, и в качестве трубки колонки вырезали секцию (около 10 см) стандартной пипетки с внутренним диаметром 3 мм. Каждый раз помещайте 200 мг порошкообразного образца в трубку колонки, затем встряхивайте его, чтобы он стал ровным, и помещайте его вертикально на дно стеклянного контейнера с внутренним диаметром около 3 см, чтобы жидкость могла самопроизвольно адсорбироваться. Взвесьте 1 мл тестируемой жидкости, поместите ее в стеклянный контейнер и одновременно запишите время погружения t и расстояние погружения X. Все эксперименты проводились при комнатной температуре (25±1°С). Каждые данные представляют собой среднее значение трех повторных экспериментов.

1.3 Расчет экспериментальных данных

Теоретической основой применения метода капиллярного впитывания для проверки поверхностной энергии порошковых материалов является уравнение пропитки Уошберна (уравнение проникновения Уошберна).

1.3.1 Определение эффективного радиуса капилляра Reff измеряемого образца

При применении формулы погружения Уошберна условием достижения полного смачивания является cos=1. Это означает, что когда жидкость выбирается для погружения в твердое вещество для достижения полностью влажного состояния, мы можем рассчитать эффективный радиус капилляра Reff измеренного образца, проверив расстояние и время погружения в соответствии с особым случаем формулы погружения Уошберна.

1.3.2 Расчет силы Лифшица-ван-дер-Ваальса для измеряемого образца

Согласно правилам объединения ван Осса-Чодхури-Гуда, взаимосвязь между реакциями между жидкостями и твердыми телами.

1.3.3 Расчет кислотно-основной силы Льюиса измеряемых образцов

В основном кислотно-основные свойства твердых веществ оценивают по данным, пропитанным водой и формамидом. Но в этой статье мы обнаружили, что нет проблем при использовании этой пары полярных жидкостей для измерения целлюлозы, кроме теста эфира целлюлозы, поскольку высота погружения системы полярного раствора воды/формамида в эфире целлюлозы слишком мала. , что очень затрудняет запись времени. Поэтому была выбрана система раствор толуол/хлороформ, предложенная Чибовским. По словам Чибовски, возможна также система полярного раствора толуол/хлороформ. Это связано с тем, что эти две жидкости имеют совершенно особую кислотность и щелочность, например, толуол не имеет кислотности Льюиса, а хлороформ не имеет щелочности Льюиса. Чтобы приблизить данные, полученные с помощью системы раствора толуол/хлороформ, к рекомендуемой системе полярного раствора вода/формамид, мы используем эти две полярные жидкие системы для одновременного тестирования целлюлозы, а затем получаем соответствующие коэффициенты расширения или сжатия. перед применением. Данные, полученные при пропитке эфира целлюлозы толуолом/хлороформом, близки к выводам, полученным для системы вода/формамид. Поскольку эфиры целлюлозы производятся из целлюлозы и между ними очень похожая структура, этот метод оценки может быть действительным.

1.3.4 Расчет полной поверхностной свободной энергии

2. Результаты и обсуждение.

2.1 Стандарт целлюлозы

Поскольку результаты наших испытаний стандартных образцов целлюлозы показали, что эти данные хорошо согласуются с данными, представленными в литературе, разумно полагать, что следует также учитывать результаты испытаний эфиров целлюлозы.

2.2 Результаты испытаний и обсуждение эфира целлюлозы

Во время испытания эфира целлюлозы очень сложно зарегистрировать расстояние и время погружения из-за очень низкой высоты погружения воды и формамида. Поэтому в данной статье в качестве альтернативного решения выбрана система раствора толуол/хлороформ, а кислотность Льюиса эфира целлюлозы оценивается на основе результатов испытаний воды/формамида и толуола/хлороформа на целлюлозе и пропорционального соотношения между двумя системами растворов. и щелочная сила.

Принимая за стандартный образец целлюлозу, приведен ряд кислотно-основных характеристик эфиров целлюлозы. Поскольку результат пропитки эфира целлюлозы толуолом/хлороформом проверен непосредственно, он убедителен.

Это означает, что тип и молекулярная масса заместителей влияют на кислотно-основные свойства эфира целлюлозы, а соотношение между двумя заместителями, гидроксипропильным и гидроксипропилметильным, на кислотно-основные свойства эфира целлюлозы и молекулярную массу совершенно противоположное. Но это также может быть связано с тем, что МП являются смешанными заместителями.

Поскольку заместители МО43 и К8913 разные и имеют одинаковую молекулярную массу, например, заместитель первого — гидроксиметил, а заместитель второго — гидроксипропил, но молекулярная масса обоих равна 100 000, то это также означает, что предпосылка одинаковой молекулярной массы. В данных обстоятельствах S+ и S- гидроксиметильной группы могут быть меньше, чем гидроксипропильной группы. Но возможна и степень замещения, ведь степень замещения у К8913 около 3,00, а у МО43 всего 1,90.

Поскольку степень замещения и заместители K8913 и K9113 одинаковы, но различаются только молекулярные массы, сравнение между ними показывает, что S+ гидроксипропилцеллюлозы уменьшается с увеличением молекулярной массы, а S-, наоборот, увеличивается. .

Из обобщения результатов испытаний поверхностной энергии всех эфиров целлюлозы и их компонентов видно, что будь то целлюлоза или эфир целлюлозы, основной составляющей их поверхностной энергии является сила Лифшица-ван-дер-Ваальса, составляющая около 98%~99%. Более того, силы Лифшица-ван-дер-Ваальса этих неионных эфиров целлюлозы (кроме MO43) также в большинстве случаев больше, чем силы Лифшица-ван-дер-Ваальса, что указывает на то, что процесс этерификации целлюлозы также является процессом увеличения сил Лифшица-ван-дер-Ваальса. И это увеличение приводит к тому, что поверхностная энергия эфира целлюлозы больше, чем у целлюлозы. Это явление очень интересно, поскольку эти эфиры целлюлозы обычно используются в производстве поверхностно-активных веществ. Но эти данные заслуживают внимания не только потому, что данные об эталонном стандартном образце, протестированном в этом эксперименте, чрезвычайно согласуются со значением, указанным в литературе, данные об эталонном стандартном образце чрезвычайно согласуются со значением, указанным в литературе, поскольку пример: у всех этих целлюлоз САБ эфиров значительно меньше, чем у целлюлозы, и это связано с их очень большими основаниями Льюиса. При условии одинакового заместителя и степени замещения поверхностная свободная энергия гидроксипропилцеллюлозы пропорциональна молекулярной массе; тогда как поверхностная свободная энергия гидроксипропилметилцеллюлозы пропорциональна степени замещения и обратно пропорциональна молекулярной массе.

Кроме того, поскольку эфиры целлюлозы имеют большую СЛВ, чем целлюлоза, но мы уже знаем, что их диспергируемость лучше, чем у целлюлозы, поэтому предварительно можно считать, что основным компонентом СЛВ, составляющим неионные эфиры целлюлозы, должна быть сила Лондона.

3. Заключение

Исследования показали, что тип заместителя, степень замещения и молекулярная масса оказывают большое влияние на поверхностную энергию и состав неионного эфира целлюлозы. И этот эффект, по-видимому, имеет следующую закономерность:

(1) S+ неионного эфира целлюлозы меньше, чем S-.

(2) В поверхностной энергии неионного эфира целлюлозы преобладает сила Лифшица-ван-дер-Ваальса.

(3) Молекулярная масса и заместители влияют на поверхностную энергию неионных эфиров целлюлозы, но она в основном зависит от типа заместителей.

(4) При условии одинакового заместителя и степени замещения поверхностная свободная энергия гидроксипропилцеллюлозы пропорциональна молекулярной массе; тогда как поверхностная свободная энергия гидроксипропилметилцеллюлозы пропорциональна степени замещения и обратно пропорциональна молекулярной массе.

(5) Процесс этерификации целлюлозы — это процесс, в котором увеличивается сила Лифшица-ван-дер-Ваальса, а также процесс, в котором кислотность Льюиса уменьшается, а щелочность Льюиса увеличивается.