Učinki substituentov in molekulske mase na površinske lastnosti neionskega celuloznega etra

V skladu z Washburnovo teorijo impregnacije (teorija penetracije) in van Oss-Good-Chaudhuryjevo teorijo kombinacije (teorija združevanja) ter uporabo stebričaste tehnologije stenja (tehnika stenja stenja) je več neionskih celuloznih etrov, kot je metil celuloza, površinske lastnosti testirali smo celulozo, hidroksipropil celulozo in hidroksipropil metilcelulozo. Zaradi različnih substituentov, stopenj substitucije in molekulskih mas teh celuloznih etrov se njihove površinske energije in njihove komponente bistveno razlikujejo. Podatki kažejo, da je Lewisova baza neionskega celuloznega etra večja od Lewisove kisline, glavna komponenta površinske proste energije pa je Lifshitz-van der Waalsova sila. Površinska energija hidroksipropila in njegova sestava sta večji kot pri hidroksimetilu. Pod predpostavko enakega substituenta in stopnje substitucije je površinska prosta energija hidroksipropil celuloze sorazmerna z molekulsko maso; medtem ko je površinska prosta energija hidroksipropil metilceluloze sorazmerna s stopnjo substitucije in obratno sorazmerna z molekulsko maso. Poskus je tudi ugotovil, da se zdi, da je površinska energija substituenta hidroksipropil in hidroksipropilmetil v neionskem celuloznem etru večja od površinske energije celuloze, in poskus dokazuje, da površinska energija testirane celuloze in njena sestava Podatki so v skladu z literaturo.

Ključne besede: neionski celulozni etri; substituenti in stopnje substitucije; molekulska masa; površinske lastnosti; tehnologija stenja

Celulozni eter je velika kategorija celuloznih derivatov, ki jih lahko razdelimo na anionske, kationske in neionske etre glede na kemijsko strukturo njihovih etrskih substituentov. Celulozni eter je tudi eden prvih izdelkov, ki so bili raziskani in proizvedeni v kemiji polimerov. Doslej se je celulozni eter široko uporabljal v medicini, higieni, kozmetiki in prehrambeni industriji.

Čeprav so bili celulozni etri, kot so hidroksimetilceluloza, hidroksipropilceluloza in hidroksipropilmetilceluloza, proizvedeni industrijsko in so bile raziskane številne njihove lastnosti, njihova površinska energija, kislo-alkalno reaktivne lastnosti do zdaj niso bile opisane. Ker se večina teh izdelkov uporablja v tekočem okolju in bodo značilnosti površine, zlasti značilnosti kislinsko-bazične reakcije, verjetno vplivale na njihovo uporabo, je zelo potrebno preučiti in razumeti površinske kemične značilnosti tega komercialnega celuloznega etra.

Glede na to, da je vzorce celuloznih derivatov zelo enostavno spreminjati s spremembo pogojev priprave, v tem prispevku kot vzorce uporabljamo komercialne produkte za karakterizacijo njihove površinske energije in na podlagi tega ugotavljamo vpliv substituentov in molekulskih mas takih produktov na površino. lastnosti se preučujejo.

1. Eksperimentalni del

1.1 Surovine

Neionski celulozni eter, uporabljen v poskusu, je produktKIMA CHEMICAL CO., LTD,. Vzorci pred testiranjem niso bili obdelani.

Glede na to, da so celulozni derivati ​​narejeni iz celuloze, sta si strukturi podobni, o površinskih lastnostih celuloze pa so poročali v literaturi, zato ta dokument uporablja celulozo kot standardni vzorec. Uporabljeni vzorec celuloze je imel kodno ime C8002 in je bil kupljen priKIMA, CN. Vzorec med preskusom ni bil izpostavljen nobeni obdelavi.

Reagenti, uporabljeni v poskusu so: etan, dijodometan, deionizirana voda, formamid, toluen, kloroform. Vse tekočine so bile analitsko čisti izdelki, razen vode, ki je bila komercialno dostopna.

1.2 Eksperimentalna metoda

V tem poskusu je bila uporabljena tehnika steljanja kolone in odsek (približno 10 cm) standardne pipete z notranjim premerom 3 mm je bil odrezan kot cev kolone. V epruveto s kolono vsakič dajte 200 mg vzorca v prahu, nato ga pretresite, da se enakomerno poravna in postavite navpično na dno steklene posode z notranjim premerom približno 3 cm, da se tekočina lahko spontano adsorbira. Odtehtajte 1 mL tekočine, ki jo želite testirati, in jo dajte v stekleno posodo ter hkrati zabeležite čas potopitve t in potopno razdaljo X. Vsi poskusi so bili izvedeni pri sobni temperaturi (25±1°C). Vsak podatek je povprečje treh ponovljenih poskusov.

1.3 Izračun eksperimentalnih podatkov

Teoretična podlaga za uporabo tehnike steljanja kolone za testiranje površinske energije praškastih materialov je Washburnova enačba impregnacije (Washburnova enačba penetracije).

1.3.1 Določitev kapilarnega efektivnega polmera Reff izmerjenega vzorca

Pri uporabi Washburnove potopne formule je pogoj za popolno omočenje cos=1. To pomeni, da ko je tekočina izbrana za potopitev v trdno snov, da se doseže popolnoma mokro stanje, lahko izračunamo kapilarni efektivni polmer Reff izmerjenega vzorca s testiranjem potopitvene razdalje in časa v skladu s posebnim primerom Washburnove potopne formule.

1.3.2 Izračun Lifshitz-van der Waalsove sile za izmerjeni vzorec

Po van Oss-Chaudhury-Goodovih pravilih združevanja razmerje med reakcijami med tekočinami in trdnimi snovmi.

1.3.3 Izračun Lewisove kislinsko-bazične sile izmerjenih vzorcev

Na splošno so kislinsko-bazične lastnosti trdnih snovi ocenjene iz podatkov, impregniranih z vodo in formamidom. Toda v tem članku smo ugotovili, da ni težav pri uporabi tega para polarnih tekočin za merjenje celuloze, ampak pri preskusu celuloznega etra, ker je višina potopitve sistema polarnih raztopin vode/formamida v celuloznem etru prenizka , zaradi česar je beleženje časa zelo težko. Zato je bil izbran sistem raztopine toluen/kloroform, ki ga je predstavil Chibowsk. Po mnenju Chibowskega je možna tudi polarna raztopina toluen/kloroform. To je zato, ker imata ti dve tekočini zelo posebno kislost in alkalnost, na primer toluen nima Lewisove kislosti, kloroform pa nima Lewisove alkalnosti. Da bi podatke, pridobljene s sistemom raztopine toluen/kloroform, približali priporočenemu polarnemu sistemu raztopine voda/formamid, uporabimo ta dva polarna tekoča sistema za sočasno testiranje celuloze in nato pridobimo ustrezne koeficiente ekspanzije ali kontrakcije pred nanosom Podatki, pridobljeni z impregnacijo celuloznega etra s toluenom/kloroformom, so blizu zaključkom, pridobljenim za sistem voda/formamid. Ker so celulozni etri pridobljeni iz celuloze in je struktura zelo podobna, je ta metoda ocenjevanja morda veljavna.

1.3.4 Izračun skupne površinske proste energije

2. Rezultati in razprava

2.1 Celulozni standard

Ker so naši rezultati testiranja na standardnih vzorcih celuloze ugotovili, da se ti podatki dobro ujemajo s tistimi, navedenimi v literaturi, je razumno verjeti, da je treba upoštevati tudi rezultate preskusov na celuloznih etrih.

2.2 Rezultati testa in razprava o celuloznem etru

Med preskusom celuloznega etra je zelo težko zabeležiti razdaljo in čas potopitve zaradi zelo nizke višine potopitve vode in formamida. Zato ta prispevek izbere sistem raztopine toluen/kloroform kot alternativno rešitev in oceni Lewisovo kislost celuloznega etra na podlagi rezultatov preskusa vode/formamida in toluena/kloroforma na celulozi in sorazmernega razmerja med obema sistemoma raztopine. in alkalno močjo.

Če vzamemo celulozo kot standardni vzorec, je podana vrsta kislinsko-bazičnih karakteristik celuloznih etrov. Ker je rezultat impregnacije celuloznega etra s toluenom/kloroformom neposredno testiran, je prepričljiv.

To pomeni, da vrsta in molekulska masa substituentov vplivata na kislinsko-bazične lastnosti celuloznega etra, razmerje med obema substituentoma, hidroksipropil in hidroksipropilmetil, pa na kislinsko-bazične lastnosti celuloznega etra in molekulsko maso povsem nasprotno. Lahko pa je tudi povezano z dejstvom, da so MP mešani substituenti.

Ker sta substituenta MO43 in K8913 različna in imata enako molekulsko maso, je na primer substituent prvega hidroksimetil, substituent drugega pa hidroksipropil, vendar je molekulska masa obeh 100.000, zato tudi pomeni, da je predpostavka enake molekulske mase V teh okoliščinah sta lahko S+ in S- hidroksimetilne skupine manjša od hidroksipropilne skupine. Možna pa je tudi stopnja substitucije, ker je stopnja substitucije K8913 približno 3,00, medtem ko je stopnja substitucije MO43 le 1,90.

Ker so stopnja substitucije in substituenti K8913 in K9113 enaki, različna pa je le molekulska masa, primerjava med obema pokaže, da S+ hidroksipropil celuloze pada s povečanjem molekulske mase, S- pa se povečuje ravno nasprotno. .

Iz povzetka rezultatov preskusa površinske energije vseh celuloznih etrov in njihovih komponent je razvidno, da je glavna komponenta njihove površinske energije Lifshitz-van der Waalsova sila, ne glede na to, ali gre za celulozo ali celulozni eter, približno 98%~99%. Poleg tega so tudi Lifshitz-van der Waalsove sile teh neionskih celuloznih etrov (razen MO43) večinoma večje od sil celuloze, kar kaže, da je proces eterifikacije celuloze tudi proces povečevanja Lifshitz-van der Waalsovih sil. Ta povečanja povzročijo, da je površinska energija celuloznega etra večja od energije celuloze. Ta pojav je zelo zanimiv, ker se ti celulozni etri običajno uporabljajo pri proizvodnji površinsko aktivnih snovi. Toda podatki so pomembni, ne le zato, ker so podatki o referenčnem standardnem vzorcu, testiranem v tem poskusu, izjemno skladni z vrednostjo, navedeno v literaturi, podatki o referenčnem standardnem vzorcu so izjemno skladni z vrednostjo, navedeno v literaturi, za primer: vsa ta celuloza. SAB etrov je znatno manjši kot pri celulozi, kar je posledica njihovih zelo velikih Lewisovih baz. Pod predpostavko enakega substituenta in stopnje substitucije je površinska prosta energija hidroksipropil celuloze sorazmerna z molekulsko maso; medtem ko je površinska prosta energija hidroksipropil metilceluloze sorazmerna s stopnjo substitucije in obratno sorazmerna z molekulsko maso.

Poleg tega, ker imajo celulozni etri večji SLW kot celuloza, vendar že vemo, da je njihova disperzibilnost boljša od celuloze, se lahko predhodno šteje, da bi morala biti glavna komponenta SLW, ki sestavlja neionske celulozne etre, Londonova sila.

3. Zaključek

Študije so pokazale, da vrsta substituenta, stopnja substitucije in molekulska masa močno vplivajo na površinsko energijo in sestavo neionskega celuloznega etra. In zdi se, da ima ta učinek naslednjo pravilnost:

(1) S+ neionskega celuloznega etra je manjši od S-.

(2) Površinsko energijo neionskega celuloznega etra prevladuje Lifshitz-van der Waalsova sila.

(3) Molekulska masa in substituenti vplivajo na površinsko energijo neionskih celuloznih etrov, vendar je odvisna predvsem od vrste substituentov.

(4) Pod predpostavko enakega substituenta in stopnje substitucije je površinska prosta energija hidroksipropil celuloze sorazmerna z molekulsko maso; medtem ko je površinska prosta energija hidroksipropil metilceluloze sorazmerna s stopnjo substitucije in obratno sorazmerna z molekulsko maso.

(5) Postopek eterifikacije celuloze je proces, pri katerem Lifshitz-van der Waalsova sila narašča, in je tudi proces, pri katerem se Lewisova kislost zmanjša in Lewisova alkalnost poveča.