Effekter av substituenter och molekylvikt på ytegenskaper hos nonjonisk cellulosater

Enligt Washburns impregneringsteori (Penetration Theory) och van Oss-Good-Chaudhurys kombinationsteori (Combining Theory) och tillämpningen av pelarveketeknologi (Column Wicking Technique) finns flera icke-joniska cellulosaetrar, såsom metylcellulosa Ytegenskaperna hos cellulosa, hydroxipropylcellulosa och hydroxipropylmetylcellulosa testades. På grund av de olika substituenterna, substitutionsgraderna och molekylvikterna för dessa cellulosaetrar är deras ytenergier och deras komponenter signifikant olika. Data visar att Lewis-basen av nonjonisk cellulosaeter är större än Lewis-syran, och huvudkomponenten i den fria ytenergin är Lifshitz-van der Waals-kraften. Ytenergin för hydroxipropyl och dess sammansättning är större än för hydroximetyl. Under förutsättningen att samma substituent och substitutionsgrad är den fria ytenergin hos hydroxipropylcellulosa är proportionell mot molekylvikten; medan den fria ytenergin för hydroxipropylmetylcellulosa är proportionell mot graden av substitution och omvänt proportionell mot molekylvikten. Experimentet fann också att ytenergin för substituenten hydroxipropyl och hydroxipropylmetyl i den nonjoniska cellulosaetern verkar vara större än cellulosaens ytenergi, och experimentet bevisar att ytenergin för den testade cellulosan och dess sammansättning. överensstämmer med litteraturen.

Nyckelord: nonjoniska cellulosaetrar; substituenter och substitutionsgrader; molekylvikt; ytegenskaper; veketeknik

Cellulosaeter är en stor kategori av cellulosaderivat, som kan delas in i anjoniska, katjoniska och nonjoniska etrar enligt den kemiska strukturen hos deras etersubstituenter. Cellulosater är också en av de tidigaste produkterna som forskats på och produceras inom polymerkemi. Hittills har cellulosaeter använts i stor utsträckning inom medicin, hygien, kosmetika och livsmedelsindustrin.

Även om cellulosaetrar, såsom hydroximetylcellulosa, hydroxipropylcellulosa och hydroxipropylmetylcellulosa, har framställts industriellt och många av deras egenskaper har studerats, har deras ytenergi, sura alkalireaktiva egenskaper inte rapporterats hittills. Eftersom de flesta av dessa produkter används i en flytande miljö och ytegenskaperna, särskilt syra-basreaktionsegenskaperna, sannolikt kommer att påverka deras användning, är det mycket nödvändigt att studera och förstå ytkemiska egenskaper hos denna kommersiella cellulosaeter.

Med tanke på att proverna av cellulosaderivat är mycket lätta att ändra med ändrade beredningsförhållanden, använder denna uppsats kommersiella produkter som prover för att karakterisera deras ytenergi, och baserat på detta, påverkan av substituenter och molekylvikter av sådana produkter på ytan egenskaper studeras.

1. Experimentell del

1.1 Råvaror

Den nonjoniska cellulosaetern som användes i experimentet är produkten avKIMA CHEMICAL CO., LTD,. Proverna utsattes inte för någon behandling före testning.

Med tanke på att cellulosaderivat är gjorda av cellulosa, är de två strukturerna nära varandra och cellulosaens ytegenskaper har rapporterats i litteraturen, så denna uppsats använder cellulosa som standardprov. Cellulosaprovet som användes var kodnamnet C8002 och köptes frånKIMA, CN. Provet utsattes inte för någon behandling under testet.

De reagens som används i experimentet är: etan, dijodmetan, avjoniserat vatten, formamid, toluen, kloroform. Alla vätskor var analytiskt rena produkter förutom vatten som var kommersiellt tillgängligt.

1.2 Experimentell metod

I detta experiment användes kolonnavsugningstekniken och en sektion (ca 10 cm) av en standardpipett med en innerdiameter på 3 mm skars ut som kolonnröret. Lägg 200 mg pulveriserat prov i kolonnröret varje gång, skaka det sedan så att det blir jämnt och placera det vertikalt på botten av glasbehållaren med en innerdiameter på cirka 3 cm, så att vätskan kan absorberas spontant. Väg upp 1 mL av vätskan som ska testas och lägg den i en glasbehållare och registrera nedsänkningstiden t och nedsänkningsavståndet X samtidigt. Alla experiment utfördes vid rumstemperatur (25±1°C). Varje data är medelvärdet av tre replikatexperiment.

1.3 Beräkning av experimentella data

Den teoretiska grunden för tillämpningen av kolonnavsugningsteknik för att testa ytenergin hos pulvermaterial är Washburn-impregneringsekvationen (Washburn-penetrationsekvationen).

1.3.1 Bestämning av den effektiva kapillärradien Reff för det uppmätta provet

Vid applicering av Washburn-doppningsformeln är villkoret för att uppnå fullständig vätning cos=1. Detta innebär att när en vätska väljs för att nedsänkas i ett fast material för att uppnå ett helt vått tillstånd, kan vi beräkna den kapillära effektiva radien Reff för det uppmätta provet genom att testa nedsänkningsavståndet och tiden enligt ett specialfall av Washburns nedsänkningsformel.

1.3.2 Lifshitz-van der Waals kraftberäkning för det uppmätta provet

Enligt van Oss-Chaudhury-Goods kombineringsregler är förhållandet mellan reaktionerna mellan vätskor och fasta ämnen.

1.3.3 Beräkning av Lewis syra-baskraft för de uppmätta proverna

I allmänhet uppskattas syra-basegenskaperna hos fasta ämnen från data impregnerade med vatten och formamid. Men i den här artikeln fann vi att det inte är några problem när man använder detta par polära vätskor för att mäta cellulosa, utan i testet av cellulosaeter, eftersom nedsänkningshöjden för det polära lösningssystemet av vatten/formamid i cellulosaeter är för låg , vilket gör tidsregistrering mycket svårt. Därför valdes det toluen/kloroformlösningssystem som introducerats av Chibowsk. Enligt Chibowski är ett toluen/kloroform polärt lösningssystem också ett alternativ. Detta beror på att dessa två vätskor har mycket speciell surhet och alkalinitet, till exempel har toluen ingen Lewis-syra, och kloroform har ingen Lewis-alkalinitet. För att få data som erhållits av toluen/kloroformlösningssystemet närmare det rekommenderade polära lösningssystemet av vatten/formamid, använder vi dessa två polära vätskesystem för att testa cellulosa samtidigt, och får sedan motsvarande expansions- eller kontraktionskoefficienter före applicering Data som erhållits genom impregnering av cellulosaeter med toluen/kloroform ligger nära de slutsatser som erhållits för vatten/formamidsystemet. Eftersom cellulosaetrar härrör från cellulosa och det finns en mycket liknande struktur mellan de två, kan denna uppskattningsmetod vara giltig.

1.3.4 Beräkning av total ytfri energi

2. Resultat och diskussion

2.1 Cellulosastandard

Eftersom våra testresultat på cellulosastandardprover fann att dessa data stämmer väl överens med de som rapporterats i litteraturen, är det rimligt att tro att testresultaten på cellulosaetrar också bör beaktas.

2.2 Testresultat och diskussion av cellulosaeter

Under testet av cellulosaeter är det mycket svårt att registrera nedsänkningsavståndet och tiden på grund av den mycket låga nedsänkningshöjden för vatten och formamid. Därför väljer detta dokument toluen/kloroformlösningssystemet som en alternativ lösning och uppskattar Lewis-surheten hos cellulosaeter baserat på testresultaten för vatten/formamid och toluen/kloroform på cellulosa och det proportionella förhållandet mellan de två lösningssystemen. och alkalisk kraft.

Om man tar cellulosa som ett standardprov, ges en serie syra-basegenskaper hos cellulosaetrar. Eftersom resultatet av impregnering av cellulosaeter med toluen/kloroform testas direkt är det övertygande.

Det betyder att substituenternas typ och molekylvikt påverkar cellulosaeterns syra-basegenskaper, och förhållandet mellan de två substituenterna, hydroxipropyl och hydroxipropylmetyl, på cellulosaeters syrabasegenskaper och molekylvikten helt motsatt. Men det kan också vara relaterat till att riksdagsledamöter är blandade substituenter.

Eftersom substituenterna för MO43 och K8913 är olika och har samma molekylvikt, till exempel, är substituenten av den förra hydroximetyl och substituenten för den senare är hydroxipropyl, men molekylvikten för båda är 100 000, så det betyder också att förutsättning med samma molekylvikt Under omständigheterna kan S+ och S- för hydroximetylgruppen vara mindre än hydroxipropylgruppen. Men substitutionsgraden är också möjlig, eftersom substitutionsgraden för K8913 är cirka 3,00, medan den för MO43 bara är 1,90.

Eftersom substitutionsgraden och substituenterna för K8913 och K9113 är desamma men endast molekylvikten är olika, visar jämförelsen mellan de två att S+ för hydroxipropylcellulosa minskar med ökningen av molekylvikten, men S- ökar tvärtom. .

Av sammanfattningen av testresultaten av ytenergin för alla cellulosaetrar och deras komponenter kan man se att oavsett om det är cellulosa eller cellulosaeter, är huvudkomponenten i deras ytenergi Lifshitz-van der Waals-kraften, som står för cirka 98%~99%. Dessutom är Lifshitz-van der Waals-krafterna för dessa nonjoniska cellulosaetrar (förutom MO43) också för det mesta större än de för cellulosa, vilket indikerar att företringsprocessen av cellulosa också är en process för att öka Lifshitz-van der Waals-krafterna. Och dessa ökningar leder till att cellulosaeterns ytenergi är större än cellulosaets. Detta fenomen är mycket intressant eftersom dessa cellulosaetrar vanligtvis används vid framställning av ytaktiva ämnen. Men uppgifterna är anmärkningsvärda, inte bara för att data om referensstandardprovet som testades i detta experiment är extremt överensstämmande med det värde som rapporterats i litteraturen, data om referensstandardprovet är extremt överensstämmande med det värde som rapporterats i litteraturen, för exempel: all dessa cellulosa Etrars SAB är betydligt mindre än cellulosa, och detta beror på deras mycket stora Lewis-baser. Under förutsättningen att samma substituent och substitutionsgrad är den fria ytenergin hos hydroxipropylcellulosa är proportionell mot molekylvikten; medan den fria ytenergin för hydroxipropylmetylcellulosa är proportionell mot graden av substitution och omvänt proportionell mot molekylvikten.

Dessutom, eftersom cellulosaetrar har större SLW än cellulosa, men vi vet redan att deras dispergerbarhet är bättre än cellulosa, så det kan preliminärt anses att huvudkomponenten i SLW som utgör nonjoniska cellulosaetrar bör vara Londonstyrkan.

3. Slutsats

Studier har visat att typen av substituent, substitutionsgrad och molekylvikt har stor inverkan på ytenergin och sammansättningen av nonjonisk cellulosaeter. Och denna effekt verkar ha följande regelbundenhet:

(1) S+ för nonjonisk cellulosaeter är mindre än S-.

(2) Ytenergin hos nonjonisk cellulosaeter domineras av Lifshitz-van der Waals kraft.

(3) Molekylvikt och substituenter har en effekt på ytenergin hos nonjoniska cellulosaetrar, men det beror främst på typen av substituenter.

(4) Under förutsättningen att samma substituent och substitutionsgrad är den fria ytenergin hos hydroxipropylcellulosa är proportionell mot molekylvikten; medan den fria ytenergin för hydroxipropylmetylcellulosa är proportionell mot graden av substitution och omvänt proportionell mot molekylvikten.

(5) Företringsprocessen av cellulosa är en process där Lifshitz-van der Waals kraft ökar, och det är också en process där Lewis surhet minskar och Lewis alkalinitet ökar.