Sipat Solusi Éter Selulosa Kationik

Sipat larutan éncér éter selulosa kationik dénsitas muatan-muatan luhur (KG-30M) dina nilai pH anu béda-béda diulik ku alat paburencay laser, tina radius hidrodinamik (Rh) dina sudut anu béda, sareng akar rata-rata jari-jari kuadrat rotasi. Rg Babandingan ka Rh nyimpulkeun yén bentukna henteu teratur tapi caket sareng buleud. Lajeng, kalayan bantuan rheometer, tilu solusi kentel éter selulosa kationik kalawan kapadetan muatan béda diulik dina jéntré, sarta pangaruh konsentrasi, nilai pH jeung dénsitas muatan sorangan dina sipat rheological na dibahas. Nalika konsentrasi ngaronjat, eksponen Newton mimiti turun lajeng turun. Fluktuasi atawa malah rebound lumangsung, sarta kabiasaan thixotropic lumangsung dina 3% (fraksi massa). Kapadetan muatan sedeng mangpaatna pikeun meunangkeun viskositas geser enol anu leuwih luhur, sarta pH boga pangaruh saeutik kana viskositasna.

kecap konci:kationik selulosa éter; morfologi; enol viskositas geser; réologi

Turunan selulosa sareng polimér fungsionalna anu dirobih parantos seueur dianggo dina widang produk fisiologis sareng sanitasi, pétrokimia, ubar, kadaharan, produk perawatan pribadi, bungkusan, sareng sajabana. pangabisa, éta loba dipaké dina bahan kimia sapopoé, utamana shampoos, sarta bisa ngaronjatkeun combability bulu sanggeus shampooing. Dina waktos anu sami, kusabab kasaluyuan anu saé, éta tiasa dianggo dina sampo dua-dina-hiji sareng sadaya-dina-hiji. Éta ogé ngagaduhan prospek aplikasi anu saé sareng parantos narik perhatian sababaraha nagara. Parantos dilaporkeun dina literatur yén solusi turunan selulosa nunjukkeun paripolah sapertos cairan Newtonian, cairan pseudoplastik, cairan thixotropic sareng cairan viscoelastic kalayan paningkatan konsentrasi, tapi morfologi, rheologi sareng faktor pangaruh éter selulosa kationik dina larutan cai. laporan panalungtikan. Tulisan ieu museurkeun kana paripolah rheologis tina amonium kuarterér anu dirobih solusi cai selulosa, pikeun nyayogikeun rujukan pikeun aplikasi praktis.

1. Bagian ékspérimén

1.1 Bahan baku

Éter selulosa kationik (KG-30M, JR-30M, LR-30M); Produk Kanada Dow Chemical Company, disadiakeun ku Procter & Gamble Company Kobe R&D Center di Jepang, diukur ku Vario EL elemental analyzer (Jerman Elemental Company), sampel Kandungan nitrogénna masing-masing 2,7%, 1,8%, 1,0% (dénsitas muatan nyaéta 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, 0.7 Meq/g masing-masing), sarta diuji ku Jérman ALV-5000E laser light Scattering instrument (LLS) diukur beurat molekul rata-rata beuratna kira 1.64×106 g / mol.

1.2 Nyiapkeun solusi

Sampel dimurnikeun ku filtrasi, dialisis sareng freeze-drying. Timbang runtuyan tilu sampel kuantitatif masing-masing, sarta tambahkeun solusi panyangga baku kalawan pH 4,00, 6,86, 9,18 pikeun nyiapkeun konsentrasi diperlukeun. Pikeun mastikeun yén sampel larut pinuh, sadaya solusi sampel disimpen dina pengaduk magnét salami 48 jam sateuacan diuji.

1.3 Pangukuran paburencay cahaya

Anggo LLS pikeun ngukur beurat molekul rata-rata sampel dina larutan cai éncér, radius hidrodinamik sareng akar rata-rata radius kuadrat rotasi nalika koefisien Villi kadua sareng sudut anu béda), sareng nyimpulkeun yén éter selulosa kationik ieu aya dina leyuran cai ku status rasio na.

1.4 Pangukuran viskositas sareng panalungtikan rheologis

Solusi CCE kentel ieu diulik ku Brookfield RVDV-III + rheometer, sarta pangaruh konsentrasi, dénsitas muatan jeung nilai pH dina sipat rheological kayaning viskositas sampel ieu ditalungtik. Dina konsentrasi luhur, perlu pikeun nalungtik thixotropy na.

2. Hasil jeung diskusi

2.1 Panalungtikan ngeunaan Paburencay Cahaya

Kusabab struktur molekul husus na, hese aya dina bentuk molekul tunggal sanajan dina pangleyur alus, tapi dina bentuk micelles stabil tangtu, klaster atawa asosiasi.

Nalika larutan cai éncér (~ o.1%) tina CCE dititénan ku mikroskop polarisasi, dina latar tukang médan ortogonal cross hideung, bintik-bintik caang "béntang" sareng bar caang muncul. Ieu salajengna dicirikeun ku scattering lampu, radius hydrodynamic dinamis dina pH béda jeung sudut, akar mean radius kuadrat rotasi jeung koefisien Villi kadua dicandak ti diagram Berry didaptarkeun dina Tab. 1. Grafik distribusi fungsi radius hidrodinamik diala dina konsentrasi 10-5 utamana puncak tunggal, tapi sebaran pisan lega (Gbr. 1), nunjukkeun yén aya asosiasi tingkat molekular jeung aggregates badag dina sistem. ; Aya parobihan, sareng nilai Rg / Rb sadayana sakitar 0,775, nunjukkeun yén bentuk CCE dina solusi caket buleud, tapi henteu cukup teratur. Pangaruh pH dina Rb sareng Rg henteu écés. The counterion dina leyuran panyangga berinteraksi sareng CCE pikeun tameng muatan dina ranté samping sarta nyieun ngaleutikan, tapi bédana béda jeung tipe counterion. Pangukuran paburencay cahaya tina polimér muatan téh rentan ka interaksi gaya jarak jauh jeung gangguan éksternal, jadi aya kasalahan tangtu jeung watesan dina characterization LLS. Lamun fraksi massa leuwih gede ti 0,02%, aya lolobana puncak ganda teu bisa dipisahkeun atawa malah sababaraha puncak dina diagram sebaran Rh. Nalika konsentrasi naék, Rh ogé naék, nunjukkeun yén langkung seueur makromolekul anu aya hubunganana atanapi malah agrégat. Nalika Cao et al. ngagunakeun hamburan cahaya pikeun nalungtik kopolimer karboksimétil selulosa sareng makromér aktif permukaan, aya ogé puncak ganda anu teu tiasa dipisahkeun, salah sahijina antara 30nm sareng 100nm, ngagambarkeun formasi misél dina tingkat molekular, sareng anu sanésna Puncak Rh relatif. badag, nu dianggap hiji agrégat, nu sarupa jeung hasil ditangtukeun dina makalah ieu.

2.2 Panalungtikan ngeunaan kabiasaan rheological

2.2.1 Pangaruh konsentrasi:Ukur viskositas anu katingali tina solusi KG-30M kalayan konsentrasi anu béda dina laju geser anu béda-béda, sareng dumasar kana bentuk logaritmik tina persamaan hukum kakuatan anu diusulkeun ku Ostwald-Dewaele, nalika fraksi massa henteu ngaleuwihan 0,7%, sareng runtuyan garis lempeng. kalawan koefisien korelasi linier leuwih gede ti 0,99 dicandak. Sareng nalika konsentrasi ningkat, nilai n eksponen Newton turun (sadayana kirang ti 1), nunjukkeun cairan pseudoplastik anu jelas. Didorong ku gaya geser, ranté makromolekul mimiti ngabéréskeun sareng orientasi, sahingga viskositasna turun. Nalika fraksi massa leuwih gede ti 0,7%, koefisien korelasi linier tina garis lempeng diala turun (kira-kira 0,98), sarta n mimiti turun naek atawa malah naek jeung ngaronjatna konsentrasi; nalika fraksi massa ngahontal 3% (Gbr. 2), tabél The viskositas semu mimiti naek lajeng nurun jeung kanaékan laju geser. Runtuyan fenomena ieu béda ti laporan solusi polimér anionik jeung kationik lianna. Nilai n naek, nyaeta, sipat non-Newtonian ieu ngaruksak; Cairan Newtonian nyaéta cairan kentel, sarta slippage antarmolekul lumangsung dina aksi tegangan geser, sarta teu bisa pulih; cairan non-Newtonian ngandung bagian elastis recoverable sarta bagian kentel unrecoverable. Dina aksi tegangan geser, slip teu bisa balik antara molekul lumangsung, sarta dina waktos anu sareng, sabab makromolekul anu stretched tur berorientasi kalawan geser, bagian elastis recoverable kabentuk. Lamun gaya luar dileungitkeun, makromolekul condong balik deui ka bentuk curled aslina, jadi nilai n naek. Konsentrasi terus ningkat pikeun ngabentuk struktur jaringan. Nalika tegangan geser leutik, éta moal ancur, sareng ngan ukur deformasi elastis anu bakal kajantenan. Dina waktu ieu, élastisitas bakal rélatif ditingkatkeun, viskositas bakal ngaruksak, sarta nilai n bakal ngurangan; sedengkeun tegangan geser laun-laun naek salila prosés pangukuran, jadi n nilaina fluctuates. Nalika fraksi massa ngahontal 3%, viskositas katempo mimiti naek lajeng turun, sabab geser leutik promotes tabrakan makromolekul pikeun ngabentuk aggregates badag, jadi viskositas naek, sarta stress geser terus megatkeun aggregates. , viskositas bakal turun deui.

Dina panalungtikan thixotropy, setel laju (r/mnt) pikeun ngahontal y nu dipikahoyong, ningkatkeun kagancangan dina interval nu sarua nepi ka ngahontal nilai set, lajeng gancang leupaskeun tina speed maksimum deui ka nilai awal pikeun ménta saluyu. Stress geser, hubungan na jeung laju geser ditémbongkeun dina Gbr. 3. Lamun fraksi massa kirang ti 2,5%, kurva luhur jeung kurva handap lengkep tumpang tindih, tapi lamun fraksi massa 3%, dua garis euweuh. leuwih panjang tumpang tindihna, sarta garis handap lags balik, nunjukkeun thixotropy.

Gumantungna waktos tegangan geser katelah résistansi rheological. Résistansi réologis nyaéta paripolah karakteristik cairan viskoelastik sareng cair kalayan struktur thixotropic. Kapanggih yén y gedé dina fraksi massa anu sarua, r gancang ngahontal kasatimbangan, sarta gumantungna waktu leuwih leutik; dina fraksi massa handap (<2%), CCE teu némbongkeun résistansi rheological. Nalika fraksi massa naek ka 2,5%, nembongkeun gumantungna waktu kuat (Gbr. 4), sarta waktu nu diperlukeun ngeunaan 10 menit pikeun ngahontal kasatimbangan, sedengkeun dina 3,0% waktu kasatimbangan nyokot 50 menit. The thixotropy alus sistem geus kondusif pikeun aplikasi praktis.

2.2.2 Pangaruh dénsitas muatan:bentuk logaritmik tina rumus empiris Spencer-Dillon dipilih, nu viskositas enol-cut, b konstan dina konsentrasi sarua jeung hawa béda, sarta ngaronjatkeun kalayan ngaronjatna konsentrasi dina suhu anu sarua. Numutkeun persamaan hukum kakuatan anu diadopsi ku Onogi dina taun 1966, M nyaéta massa molekul relatif polimér, A sareng B nyaéta konstanta, sareng c nyaéta fraksi massa (%). buah ara.5 Tilu kurva boga titik infleksi atra sabudeureun 0,6%, nyaeta, aya fraksi massa kritis. Leuwih ti 0,6%, viskositas enol-geser naek gancang kalayan ngaronjatna konsentrasi C. Kurva tina tilu sampel kalawan kapadetan muatan béda deukeut pisan. Sabalikna, nalika fraksi massa antara 0,2% jeung 0,8%, viskositas nol-cut tina sampel LR jeung dénsitas muatan pangleutikna nyaéta pangbadagna, sabab pakaitna beungkeut hidrogén merlukeun kontak nu tangtu. Ku alatan éta, dénsitas muatan raket patalina jeung naha makromolekul bisa disusun dina ragam tartib tur kompak; ngaliwatan uji DSC, kapanggih yén LR boga puncak kristalisasi lemah, nunjukkeun dénsitas muatan cocog, sarta viskositas enol-geser leuwih luhur dina konsentrasi sarua. Nalika fraksi massa kirang ti 0,2%, LR teh pangleutikna, sabab dina leyuran éncér, makromolekul kalawan dénsitas muatan low leuwih gampang pikeun ngabentuk orientasi coil, jadi viskositas nol-geser low. Ieu boga signifikan guiding alus dina watesan kinerja thickening.

2.2.3 pangaruh pH: Gbr. 6 mangrupa hasil diukur dina pH béda dina rentang 0,05% nepi ka 2,5% fraksi massa. Aya titik infleksi sakitar 0,45%, tapi tilu kurva ampir tumpang tindih, nunjukkeun yén pH henteu écés pangaruhna kana viskositas geser enol, anu rada béda ti sensitipitas éter selulosa anionik kana pH.

3. Kacindekan

Solusi cai éncér KG-30M diulik ku LLS, sareng distribusi radius hidrodinamik anu dicandak nyaéta puncak tunggal. Tina gumantungna sudut sareng rasio Rg/Rb, tiasa disimpulkeun yén bentukna caket sareng buleud, tapi henteu teratur. Pikeun solusi CCE kalawan tilu dénsitas muatan, viskositas naek kalawan kanaékan konsentrasi, tapi jumlah moro Newton n mimiti turun, lajeng fluctuates komo naek; pH boga pangaruh saeutik kana viskositas, sarta dénsitas muatan sedeng bisa meunangkeun viskositas nu leuwih luhur.