Madhara ya viambajengo na Uzito wa Masi kwenye Sifa za Uso za Etha ya Selulosi isiyokuwa ya Nonionic

Kulingana na nadharia ya upachikaji mimba ya Washburn (Nadharia ya Kupenya) na nadharia ya mseto ya van Oss-Good-Chaudhury (Nadharia ya Kuchanganya) na matumizi ya teknolojia ya utambi wa safu wima (Mbinu ya Wicking ya safu wima), etha kadhaa za selulosi zisizo za ionic, kama vile selulosi ya methyl Sifa za uso wa selulosi, hydroxypropyl cellulose na hydroxypropyl methylcellulose zilijaribiwa. Kwa sababu ya vibadala tofauti, digrii za uingizwaji na uzani wa molekuli ya etha hizi za selulosi, nguvu zao za uso na sehemu zao ni tofauti sana. Data inaonyesha kwamba msingi wa Lewis wa etha ya selulosi isiyo ya ionic ni kubwa kuliko asidi ya Lewis, na sehemu kuu ya nishati ya bure ya uso ni nguvu ya Lifshitz-van der Waals. Nishati ya uso wa hydroxypropyl na muundo wake ni kubwa zaidi kuliko ile ya hidroxymethyl. Chini ya msingi wa kibadala sawa na kiwango cha uingizwaji, nishati ya bure ya uso ya selulosi ya hydroxypropyl inalingana na uzito wa Masi; ilhali nishati isiyolipishwa ya uso ya hydroxypropyl methylcellulose inalingana na kiwango cha uingizwaji na inawiana kinyume na uzito wa molekuli. Jaribio pia liligundua kuwa nishati ya uso ya hydroxypropyl na hydroxypropylmethyl katika etha ya selulosi isiyo ya ionic inaonekana kuwa kubwa kuliko nishati ya uso ya selulosi, na jaribio linathibitisha kuwa nishati ya uso ya selulosi iliyojaribiwa na muundo wake Data ni. sambamba na fasihi.

Maneno muhimu: etha za selulosi zisizo za nonionic; mbadala na digrii za uingizwaji; uzito wa Masi; mali ya uso; teknolojia ya utambi

Etha ya selulosi ni kategoria kubwa ya derivatives za selulosi, ambazo zinaweza kugawanywa katika etha za anionic, cationic na nonionic kulingana na muundo wa kemikali wa vibadala vyao vya etha. Etha ya selulosi pia ni mojawapo ya bidhaa za awali zilizofanyiwa utafiti na kuzalishwa katika kemia ya polima. Hadi sasa, ether ya selulosi imetumika sana katika dawa, usafi, vipodozi na sekta ya chakula.

Ingawa etha za selulosi, kama vile hydroxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose na hydroxypropylmethylcellulose, zimezalishwa viwandani na mali zao nyingi zimechunguzwa, nishati yao ya uso, mali ya asidi-tendaji ya alkali haijaripotiwa hadi sasa. Kwa kuwa nyingi ya bidhaa hizi hutumiwa katika mazingira ya kioevu, na sifa za uso, hasa sifa za majibu ya asidi-msingi, zinaweza kuathiri matumizi yao, ni muhimu sana kujifunza na kuelewa sifa za kemikali za uso wa etha hii ya kibiashara ya selulosi.

Kwa kuzingatia kuwa sampuli za derivatives za selulosi ni rahisi sana kubadilika na mabadiliko ya hali ya utayarishaji, karatasi hii hutumia bidhaa za kibiashara kama sampuli kuashiria nishati ya uso wao, na kwa msingi wa hii, ushawishi wa vibadala na uzani wa Masi ya bidhaa kama hizo kwenye uso. mali inasomwa.

1. Sehemu ya majaribio

1.1 Malighafi

Etha ya selulosi isiyo ya ioni iliyotumika katika jaribio ni bidhaa yaKIMA CHEMICAL CO.,LTD,. Sampuli hazikufanyiwa matibabu yoyote kabla ya kupimwa.

Kwa kuzingatia kwamba derivatives za selulosi hutengenezwa kwa selulosi, miundo miwili iko karibu, na sifa za uso wa selulosi zimeripotiwa katika maandiko, kwa hiyo karatasi hii inatumia selulosi kama sampuli ya kawaida. Sampuli ya selulosi iliyotumika ilipewa jina la msimbo C8002 na ilinunuliwa kutokaKIMA, CN. Sampuli haikufanyiwa matibabu yoyote wakati wa jaribio.

Vitendanishi vilivyotumika katika jaribio ni: ethane, diiodomethane, maji yaliyotengwa, formamide, toluini, kloroform. Vimiminika vyote vilikuwa bidhaa safi kiuchambuzi isipokuwa maji ambayo yalipatikana kibiashara.

1.2 Mbinu ya majaribio

Katika jaribio hili, mbinu ya wicking ilipitishwa, na sehemu (karibu 10 cm) ya pipette ya kawaida yenye kipenyo cha ndani cha mm 3 ilikatwa kama tube ya safu. Weka miligramu 200 za sampuli ya unga kwenye bomba la safu kila wakati, kisha uitikise ili kusawazisha na kuiweka wima chini ya chombo cha kioo chenye kipenyo cha ndani cha takriban sm 3, ili kioevu kiweze kutangazwa moja kwa moja. Pima mL 1 ya kioevu kitakachojaribiwa na uweke kwenye chombo cha glasi, na urekodi muda wa kuzamishwa t na umbali wa kuzamishwa X kwa wakati mmoja. Majaribio yote yalifanywa kwa joto la kawaida (25±1°C). Kila data ni wastani wa majaribio matatu ya nakala.

1.3 Uhesabuji wa data ya majaribio

Msingi wa kinadharia wa matumizi ya mbinu ya wicking ya safu ili kupima nishati ya uso wa nyenzo za poda ni mlinganyo wa uumbaji wa Washburn (mlinganyo wa kupenya wa Washburn).

1.3.1 Uamuzi wa radius ya kapilari yenye ufanisi Reff ya sampuli iliyopimwa

Wakati wa kutumia fomula ya kuzamishwa kwa Washburn, hali ya kufikia wetting kamili ni cos=1. Hii ina maana kwamba kioevu kinapochaguliwa kuzamishwa ndani ya kigumu ili kufikia hali ya unyevu kabisa, tunaweza kukokotoa radius ya kapilari yenye ufanisi Reff ya sampuli iliyopimwa kwa kupima umbali na wakati wa kuzamishwa kulingana na kesi maalum ya fomula ya kuzamishwa kwa Washburn.

1.3.2 Ukokotoaji wa nguvu wa Lifshitz-van der Waals kwa sampuli iliyopimwa

Kulingana na kanuni za kuchanganya za van Oss-Chaudhury-Good, uhusiano kati ya athari kati ya vimiminika na yabisi.

1.3.3 Ukokotoaji wa nguvu-msingi ya Lewis ya sampuli zilizopimwa

Kwa ujumla, sifa za asidi-msingi za vitu vikali hukadiriwa kutoka kwa data iliyoingizwa na maji na formamide. Lakini katika makala hii, tuligundua kuwa hakuna tatizo wakati wa kutumia jozi hii ya maji ya polar kupima selulosi, lakini katika mtihani wa etha ya selulosi, kwa sababu urefu wa kuzamishwa kwa mfumo wa ufumbuzi wa polar wa maji / formamide katika ether ya cellulose ni ya chini sana. , kufanya kurekodi wakati kuwa ngumu sana. Kwa hiyo, mfumo wa suluhisho la toluini/chloroform ulioletwa na Chibowsk ulichaguliwa. Kulingana na Chibowski, mfumo wa suluhisho la polar toluini/klorofomu pia ni chaguo. Hii ni kwa sababu vimiminika hivi viwili vina asidi na alkalini maalum sana, kwa mfano, toluini haina asidi ya Lewis, na klorofomu haina alkalinity ya Lewis. Ili kupata data iliyopatikana na mfumo wa toluini/klorofomu wa myeyusho karibu na mfumo wa myeyusho wa polar unaopendekezwa wa maji/formamide, tunatumia mifumo hii miwili ya kioevu ya polar kupima selulosi kwa wakati mmoja, na kisha kupata upanuzi au migawo inayolingana. kabla ya kutumia Data iliyopatikana kwa kuingiza etha ya selulosi na toluini/klorofomu iko karibu na hitimisho lililopatikana kwa mfumo wa maji/formamide. Kwa kuwa etha za selulosi zinatokana na selulosi na kuna muundo unaofanana sana kati ya hizi mbili, mbinu hii ya kukadiria inaweza kuwa halali.

1.3.4 Uhesabuji wa jumla ya nishati isiyolipishwa ya uso

2. Matokeo na Majadiliano

2.1 Kiwango cha selulosi

Kwa kuwa matokeo yetu ya majaribio kwenye sampuli za kiwango cha selulosi yaligundua kuwa data hizi zinakubaliana vyema na zile zilizoripotiwa katika fasihi, ni jambo la busara kuamini kwamba matokeo ya majaribio ya etha za selulosi yanapaswa kuzingatiwa pia.

2.2 Matokeo ya mtihani na majadiliano ya etha ya selulosi

Wakati wa mtihani wa etha ya selulosi, ni vigumu sana kurekodi umbali wa kuzamishwa na wakati kutokana na urefu wa chini sana wa kuzamishwa kwa maji na formamide. Kwa hivyo, karatasi hii inachagua mfumo wa myeyusho wa toluini/klorofomu kama suluhu mbadala, na inakadiria asidi ya Lewis ya etha ya selulosi kulingana na matokeo ya majaribio ya maji/formamidi na toluini/klorofomu kwenye selulosi na uhusiano wa sawia kati ya mifumo hiyo miwili ya myeyusho. na nguvu ya alkali.

Kuchukua selulosi kama sampuli ya kawaida, mfululizo wa sifa za asidi-msingi za etha za selulosi hutolewa. Kwa kuwa matokeo ya etha ya selulosi kuwatia mimba na toluini/klorofomu inajaribiwa moja kwa moja, inashawishi.

Hii ina maana kwamba aina na uzito wa molekuli ya viambajengo huathiri sifa za asidi-msingi za etha ya selulosi, na uhusiano kati ya viambajengo viwili, hydroxypropyl na hydroxypropylmethyl, kwenye sifa za asidi-msingi za etha ya selulosi na uzito wa molekuli kinyume kabisa. Lakini pia inaweza kuwa kuhusiana na ukweli kwamba wabunge ni mchanganyiko mbadala.

Kwa kuwa vibadala vya MO43 na K8913 ni tofauti na vina uzani sawa wa Masi, kwa mfano, mbadala wa awali ni hydroxymethyl na mbadala wa mwisho ni hydroxypropyl, lakini uzito wa molekuli wa zote mbili ni 100,000, kwa hivyo inamaanisha pia kuwa Nguzo ya uzito sawa wa Masi Chini ya hali hiyo, S+ na S- ya kikundi cha hydroxymethyl inaweza kuwa ndogo kuliko kikundi cha hydroxypropyl. Lakini kiwango cha uingizwaji pia kinawezekana, kwa sababu kiwango cha uingizwaji wa K8913 ni karibu 3.00, wakati ile ya MO43 ni 1.90 tu.

Kwa kuwa kiwango cha uingizwaji na mbadala wa K8913 na K9113 ni sawa lakini tu uzito wa Masi ni tofauti, kulinganisha kati ya hizo mbili kunaonyesha kuwa S + ya selulosi ya hydroxypropyl inapungua kwa ongezeko la uzito wa Masi, lakini S- huongezeka kinyume chake. .

Kutoka kwa muhtasari wa matokeo ya mtihani wa nishati ya uso wa etha zote za selulosi na vipengele vyake, inaweza kuonekana kuwa ikiwa ni selulosi au ether ya selulosi, sehemu kuu ya nishati ya uso wao ni nguvu ya Lifshitz-van der Waals, uhasibu kwa kuhusu 98% ~ 99%. Zaidi ya hayo, nguvu za Lifshitz-van der Waals za etha hizi za selulosi zisizo za nonionic (isipokuwa MO43) pia ni kubwa zaidi kuliko zile za selulosi, ambayo inaonyesha kwamba mchakato wa etherification wa selulosi pia ni mchakato wa kuongeza nguvu za Lifshitz-van der Waals. Na ongezeko hili husababisha nishati ya uso ya etha ya selulosi kuwa kubwa kuliko ile ya selulosi. Jambo hili linavutia sana kwa sababu etha hizi za selulosi hutumiwa kwa kawaida katika utengenezaji wa viboreshaji. Lakini data ni ya kukumbukwa, si kwa sababu tu data kuhusu sampuli ya kiwango cha marejeleo iliyojaribiwa katika jaribio hili inalingana sana na thamani iliyoripotiwa katika fasihi, data kuhusu sampuli ya kiwango cha marejeleo inalingana sana na thamani iliyoripotiwa katika fasihi, kwa mfano: selulosi hizi zote SAB ya etha ni ndogo sana kuliko ile ya selulosi, na hii ni kutokana na misingi yao mikubwa ya Lewis. Chini ya msingi wa kibadala sawa na kiwango cha uingizwaji, nishati ya bure ya uso ya selulosi ya hydroxypropyl inalingana na uzito wa Masi; ilhali nishati isiyolipishwa ya uso ya hydroxypropyl methylcellulose inalingana na kiwango cha uingizwaji na inawiana kinyume na uzito wa molekuli.

Kwa kuongezea, kwa sababu etha za selulosi zina SLW kubwa kuliko selulosi, lakini tayari tunajua kwamba mtawanyiko wao ni bora kuliko selulosi, kwa hivyo inaweza kuzingatiwa hapo awali kuwa sehemu kuu ya SLW inayojumuisha etha za selulosi zisizo za noni inapaswa kuwa nguvu ya London.

3. Hitimisho

Uchunguzi umeonyesha kuwa aina ya mbadala, kiwango cha uingizwaji na uzito wa Masi zina ushawishi mkubwa juu ya nishati ya uso na muundo wa etha ya selulosi isiyo ya ionic. Na athari hii inaonekana kuwa na utaratibu ufuatao:

(1) S+ ya etha ya selulosi isiyo ya ioni ni ndogo kuliko S-.

(2) Nishati ya uso ya etha ya selulosi isiyo ya uoni inatawaliwa na nguvu ya Lifshitz-van der Waals.

(3) Uzito wa molekuli na viambajengo vina athari kwenye nishati ya uso ya etha za selulosi zisizo za ioni, lakini inategemea hasa aina ya vibadala.

(4) Chini ya msingi wa kibadala sawa na kiwango cha uingizwaji, nishati isiyolipishwa ya uso ya selulosi ya hidroksipropyl inalingana na uzito wa Masi; ilhali nishati isiyolipishwa ya uso ya hydroxypropyl methylcellulose inalingana na kiwango cha uingizwaji na inawiana kinyume na uzito wa molekuli.

(5) Mchakato wa etherification wa selulosi ni mchakato ambapo nguvu ya Lifshitz-van der Waals huongezeka, na pia ni mchakato ambapo asidi ya Lewis hupungua na alkalinity ya Lewis huongezeka.