Efektet e zëvendësuesve dhe peshës molekulare në vetitë sipërfaqësore të eterit celuloz jooninik

Sipas teorisë së impregnimit të Washburn (Teoria e depërtimit) dhe teorisë së kombinimit të van Oss-Good-Chaudhury (Teoria e Kombinimit) dhe aplikimit të teknologjisë së fitilit kolona (Column Wicking Technique), disa etere celuloze jo-jonike, të tilla si celuloza metil Vetitë e sipërfaqes së Janë testuar celulozë, hidroksipropil celulozë dhe hidroksipropil metilcelulozë. Për shkak të zëvendësuesve të ndryshëm, shkallëve të zëvendësimit dhe peshave molekulare të këtyre etereve të celulozës, energjitë e tyre sipërfaqësore dhe përbërësit e tyre janë dukshëm të ndryshme. Të dhënat tregojnë se baza Lewis e eterit celuloz jo-jonik është më e madhe se acidi Lewis, dhe përbërësi kryesor i energjisë së lirë të sipërfaqes është forca Lifshitz-van der Waals. Energjia sipërfaqësore e hidroksipropilit dhe përbërja e tij janë më të mëdha se ajo e hidroksimetilit. Nën premisën e të njëjtit zëvendësues dhe shkallës së zëvendësimit, energjia e lirë sipërfaqësore e celulozës hidroksipropil është proporcionale me peshën molekulare; ndërsa energjia e lirë sipërfaqësore e hidroksipropil metilcelulozës është proporcionale me shkallën e zëvendësimit dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me peshën molekulare. Eksperimenti zbuloi gjithashtu se energjia sipërfaqësore e zëvendësuesit hidroksipropil dhe hidroksipropilmetil në eterin jo-jonik të celulozës duket të jetë më e madhe se energjia sipërfaqësore e celulozës, dhe eksperimenti vërteton se energjia sipërfaqësore e celulozës së testuar dhe përbërja e saj Të dhënat janë në përputhje me literaturën.

Fjalët kyçe: etere celuloze jo-jonike; zëvendësuesit dhe shkallët e zëvendësimit; pesha molekulare; vetitë e sipërfaqes; teknologjia e fitilit

Eteri celuloz është një kategori e madhe e derivateve të celulozës, të cilat mund të ndahen në eterë anionikë, kationikë dhe jojonikë sipas strukturës kimike të zëvendësuesve të tyre të eterit. Eteri i celulozës është gjithashtu një nga produktet më të hershme të hulumtuara dhe prodhuar në kiminë e polimerit. Deri më tani, eteri celuloz është përdorur gjerësisht në mjekësi, higjienë, kozmetikë dhe industri ushqimore.

Edhe pse eteret e celulozës, të tilla si hidroksimetilceluloza, hidroksipropilceluloza dhe hidroksipropilmetilceluloza, janë prodhuar në mënyrë industriale dhe shumë nga vetitë e tyre janë studiuar, energjia e tyre sipërfaqësore, vetitë reaktive ndaj alkalit nuk janë raportuar deri më tani. Meqenëse shumica e këtyre produkteve përdoren në një mjedis të lëngshëm dhe karakteristikat e sipërfaqes, veçanërisht karakteristikat e reagimit acid-bazë, ka të ngjarë të ndikojnë në përdorimin e tyre, është shumë e nevojshme të studiohen dhe të kuptohen karakteristikat kimike të sipërfaqes së këtij eteri celuloz tregtar.

Duke marrë parasysh se mostrat e derivateve të celulozës ndryshohen shumë lehtë me ndryshimin e kushteve të përgatitjes, ky punim përdor produkte komerciale si mostra për të karakterizuar energjinë sipërfaqësore të tyre, dhe bazuar në këtë, ndikimi i zëvendësuesve dhe peshave molekulare të këtyre produkteve në sipërfaqe. janë studiuar vetitë.

1. Pjesa eksperimentale

1.1 Lëndët e para

Eteri celuloz jo-jonik i përdorur në eksperiment është produkt iKIMA KIMIKE CO, LTD,. Mostrat nuk iu nënshtruan asnjë trajtimi përpara testimit.

Duke marrë parasysh që derivatet e celulozës janë të përbëra nga celuloza, të dy strukturat janë afër dhe vetitë sipërfaqësore të celulozës janë raportuar në literaturë, kështu që ky punim përdor celulozën si mostër standarde. Mostra e celulozës e përdorur ishte me emrin e koduar C8002 dhe ishte blerë ngaKIMA, CN. Mostra nuk iu nënshtrua asnjë trajtimi gjatë testit.

Reagentët e përdorur në eksperiment janë: etani, diiodometani, uji i dejonizuar, formamidi, tolueni, kloroformi. Të gjitha lëngjet ishin produkte të pastra analitikisht, përveç ujit që disponohej në treg.

1.2 Metoda eksperimentale

Në këtë eksperiment, u miratua teknika e thithjes së kolonës dhe një seksion (rreth 10 cm) i një pipete standarde me një diametër të brendshëm prej 3 mm u pre si tub i kolonës. Vendosni 200 mg kampion pluhur në tubin e kolonës çdo herë, më pas tundeni për ta bërë atë të njëtrajtshme dhe vendoseni vertikalisht në fund të enës së qelqit me një diametër të brendshëm rreth 3 cm, në mënyrë që lëngu të mund të përthithet spontanisht. Peshoni 1 mL të lëngut që do të testoni dhe vendoseni në një enë qelqi dhe regjistroni kohën e zhytjes t dhe distancën e zhytjes X në të njëjtën kohë. Të gjitha eksperimentet u kryen në temperaturën e dhomës (25±1°C). Çdo e dhënë është mesatarja e tre eksperimenteve të përsëritura.

1.3 Llogaritja e të dhënave eksperimentale

Baza teorike për aplikimin e teknikës së shkrirjes së kolonës për të testuar energjinë sipërfaqësore të materialeve pluhur është ekuacioni i impregnimit të Washburn (ekuacioni i penetrimit të Washburn).

1.3.1 Përcaktimi i rrezes efektive kapilar Reff të kampionit të matur

Gjatë aplikimit të formulës së zhytjes Washburn, kushti për arritjen e njomjes së plotë është cos=1. Kjo do të thotë që kur një lëng zgjidhet për t'u zhytur në një lëndë të ngurtë për të arritur një gjendje plotësisht të lagësht, ne mund të llogarisim rrezen efektive kapilare Reff të kampionit të matur duke testuar distancën dhe kohën e zhytjes sipas një rasti të veçantë të formulës së zhytjes Washburn.

1.3.2 Llogaritja e forcës Lifshitz-van der Waals për kampionin e matur

Sipas rregullave të kombinimit të van Oss-Chaudhury-Good, marrëdhënia midis reaksioneve midis lëngjeve dhe trupave të ngurtë.

1.3.3 Llogaritja e forcës acido-bazike Lewis të mostrave të matura

Në përgjithësi, vetitë acido-bazike të lëndëve të ngurta vlerësohen nga të dhënat e ngopura me ujë dhe formamid. Por në këtë artikull, ne zbuluam se nuk ka asnjë problem kur përdorni këtë palë lëngje polare për të matur celulozën, por në testin e eterit të celulozës, sepse lartësia e zhytjes së sistemit të tretësirës polar të ujit/formamidit në eterin celulozë është shumë e ulët. , duke e bërë shumë të vështirë regjistrimin e kohës. Prandaj, u zgjodh sistemi i solucionit toluen/kloroform i prezantuar nga Chibowsk. Sipas Chibowski, një sistem zgjidhje polare toluen/kloroform është gjithashtu një opsion. Kjo ndodh sepse këto dy lëngje kanë aciditet dhe alkalinitet shumë të veçantë, për shembull, tolueni nuk ka aciditet Lewis dhe kloroformi nuk ka alkalinitet Lewis. Për t'i afruar të dhënat e marra nga sistemi i solucionit toluen/kloroform me sistemin e rekomanduar të tretësirës polar të ujit/formamidit, ne përdorim këto dy sisteme të lëngshme polare për të testuar celulozën në të njëjtën kohë dhe më pas marrim koeficientët përkatës të zgjerimit ose tkurrjes. para aplikimit Të dhënat e marra nga impregnimi i eterit të celulozës me toluen/kloroform janë të përafërta me përfundimet e marra për sistemin ujë/formamid. Meqenëse eteret e celulozës rrjedhin nga celuloza dhe ekziston një strukturë shumë e ngjashme midis të dyjave, kjo metodë e vlerësimit mund të jetë e vlefshme.

1.3.4 Llogaritja e energjisë totale të lirë të sipërfaqes

2. Rezultatet dhe Diskutimi

2.1 Standardi i celulozës

Meqenëse rezultatet tona të testit në mostrat standarde të celulozës zbuluan se këto të dhëna janë në përputhje të mirë me ato të raportuara në literaturë, është e arsyeshme të besohet se rezultatet e testimit mbi eteret e celulozës duhet gjithashtu të merren parasysh.

2.2 Rezultatet e testit dhe diskutimi i eterit të celulozës

Gjatë testimit të eterit celuloz, është shumë e vështirë të regjistrohet distanca dhe koha e zhytjes për shkak të lartësisë shumë të ulët të zhytjes së ujit dhe formamidit. Prandaj, ky punim zgjedh sistemin e solucionit të toluenit/kloroformit si një zgjidhje alternative dhe vlerëson aciditetin Lewis të eterit të celulozës bazuar në rezultatet e testimit të ujit/formamidit dhe toluenit/kloroformit në celulozë dhe marrëdhëniet proporcionale midis dy sistemeve të solucionit. dhe fuqia alkaline.

Duke marrë celulozën si mostër standarde, jepen një sërë karakteristikash acido-bazike të etereve të celulozës. Duke qenë se rezultati i ngopjes së eterit të celulozës me toluen/kloroform është testuar drejtpërdrejt, është bindës.

Kjo do të thotë që lloji dhe pesha molekulare e zëvendësuesve ndikojnë në vetitë acido-bazike të eterit të celulozës dhe marrëdhëniet midis dy zëvendësuesve, hidroksipropilit dhe hidroksipropilmetilit, në vetitë acid-bazë të eterit celuloz dhe peshës molekulare krejtësisht të kundërt. Por mund të lidhet edhe me faktin se deputetët janë zëvendësues të përzier.

Meqenëse zëvendësuesit e MO43 dhe K8913 janë të ndryshëm dhe kanë të njëjtën peshë molekulare, për shembull, zëvendësuesi i të parës është hidroksimetili dhe zëvendësuesi i të dytit është hidroksipropil, por pesha molekulare e të dyve është 100,000, kështu që do të thotë gjithashtu se premisa me të njëjtën peshë molekulare Në këto rrethana, S+ dhe S- e grupit hidroksimetil mund të jenë më të vogla se grupi hidroksipropil. Por shkalla e zëvendësimit është gjithashtu e mundur, sepse shkalla e zëvendësimit të K8913 është rreth 3.00, ndërsa ajo e MO43 është vetëm 1.90.

Meqenëse shkalla e zëvendësimit dhe zëvendësuesit e K8913 dhe K9113 janë të njëjta, por vetëm pesha molekulare është e ndryshme, krahasimi midis të dyjave tregon se S+ e hidroksipropil celulozës zvogëlohet me rritjen e peshës molekulare, por S- rritet përkundrazi. .

Nga përmbledhja e rezultateve të provës së energjisë sipërfaqësore të të gjithë eterëve të celulozës dhe përbërësve të tyre, mund të shihet se pavarësisht nëse është celulozë apo eter celuloz, përbërësi kryesor i energjisë së tyre sipërfaqësore është forca Lifshitz-van der Waals, duke llogaritur rreth 98% ~ 99%. Për më tepër, forcat Lifshitz-van der Waals të këtyre etereve celuloze jo-jonike (përveç MO43) janë gjithashtu kryesisht më të mëdha se ato të celulozës, gjë që tregon se procesi i eterifikimit të celulozës është gjithashtu një proces i rritjes së forcave Lifshitz-van der Waals. Dhe këto rritje çojnë në atë që energjia sipërfaqësore e eterit të celulozës të jetë më e madhe se ajo e celulozës. Ky fenomen është shumë interesant sepse këto eterë celulozë përdoren zakonisht në prodhimin e surfaktantëve. Por të dhënat janë të rëndësishme, jo vetëm sepse të dhënat për kampionin standard referues të testuar në këtë eksperiment janë jashtëzakonisht në përputhje me vlerën e raportuar në literaturë, të dhënat për kampionin standard referues janë jashtëzakonisht në përputhje me vlerën e raportuar në literaturë, për shembull: të gjitha këto celulozë SAB e etereve është dukshëm më e vogël se ajo e celulozës, dhe kjo është për shkak të bazave të tyre shumë të mëdha Lewis. Nën premisën e të njëjtit zëvendësues dhe shkallës së zëvendësimit, energjia e lirë sipërfaqësore e celulozës hidroksipropil është proporcionale me peshën molekulare; ndërsa energjia e lirë sipërfaqësore e hidroksipropil metilcelulozës është proporcionale me shkallën e zëvendësimit dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me peshën molekulare.

Për më tepër, për shkak se eterët e celulozës kanë SLW më të mëdha se celuloza, por ne tashmë e dimë se shpërndarja e tyre është më e mirë se celuloza, kështu që mund të konsiderohet paraprakisht se përbërësi kryesor i SLW që përbën eteret jojonike të celulozës duhet të jetë forca e Londrës.

3. Përfundim

Studimet kanë treguar se lloji i zëvendësuesit, shkalla e zëvendësimit dhe pesha molekulare kanë një ndikim të madh në energjinë sipërfaqësore dhe përbërjen e eterit celuloz jo-jonik. Dhe ky efekt duket se ka rregullsinë e mëposhtme:

(1) S+ i eterit celuloz jo-jonik është më i vogël se S-.

(2) Energjia sipërfaqësore e eterit celuloz jo-jonik dominohet nga forca Lifshitz-van der Waals.

(3) Pesha molekulare dhe zëvendësuesit kanë një efekt në energjinë sipërfaqësore të etereve të celulozës jo-jonike, por kjo varet kryesisht nga lloji i zëvendësuesve.

(4) Nën premisën e të njëjtit zëvendësues dhe shkallës së zëvendësimit, energjia e lirë sipërfaqësore e celulozës hidroksipropil është proporcionale me peshën molekulare; ndërsa energjia e lirë sipërfaqësore e hidroksipropil metilcelulozës është proporcionale me shkallën e zëvendësimit dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me peshën molekulare.

(5) Procesi i eterifikimit të celulozës është një proces në të cilin forca Lifshitz-van der Waals rritet, dhe është gjithashtu një proces në të cilin aciditeti i Lewis zvogëlohet dhe alkaliniteti i Lewis rritet.