Mga Epekto ng Mga Substituent at Molecular Weight sa Mga Katangian sa Ibabaw ng Nonionic Cellulose Ether

Ayon sa teorya ng impregnation ni Washburn (Teorya ng Penetration) at teorya ng kumbinasyon ni van Oss-Good-Chaudhury (Teorya ng Combining) at ang aplikasyon ng teknolohiyang columnar wick (Column Wicking Technique), ilang mga non-ionic cellulose ether, tulad ng methyl cellulose. nasubok ang selulusa, hydroxypropyl cellulose at hydroxypropyl methylcellulose. Dahil sa iba't ibang mga substituent, antas ng pagpapalit at molekular na timbang ng mga cellulose ether na ito, ang kanilang mga enerhiya sa ibabaw at ang kanilang mga bahagi ay makabuluhang naiiba. Ang data ay nagpapakita na ang Lewis base ng non-ionic cellulose eter ay mas malaki kaysa sa Lewis acid, at ang pangunahing bahagi ng libreng enerhiya sa ibabaw ay ang puwersa ng Lifshitz-van der Waals. Ang enerhiya sa ibabaw ng hydroxypropyl at ang komposisyon nito ay mas malaki kaysa sa hydroxymethyl. Sa ilalim ng premise ng parehong substituent at antas ng pagpapalit, ang surface free energy ng hydroxypropyl cellulose ay proporsyonal sa molekular na timbang; habang ang ibabaw ng libreng enerhiya ng hydroxypropyl methylcellulose ay proporsyonal sa antas ng pagpapalit at inversely proporsyonal sa molekular na timbang. Natuklasan din ng eksperimento na ang enerhiya sa ibabaw ng substituent na hydroxypropyl at hydroxypropylmethyl sa non-ionic cellulose ether ay tila mas malaki kaysa sa enerhiya sa ibabaw ng cellulose, at pinatutunayan ng eksperimento na ang enerhiya sa ibabaw ng nasubok na selulusa at ang komposisyon nito Ang data ay naaayon sa panitikan.

Susing salita: nonionic cellulose ethers; mga substituent at antas ng pagpapalit; molekular na timbang; mga katangian sa ibabaw; teknolohiya ng wick

Ang cellulose ether ay isang malaking kategorya ng mga cellulose derivatives, na maaaring nahahati sa anionic, cationic at nonionic ethers ayon sa kemikal na istruktura ng kanilang mga eter substituent. Ang cellulose eter ay isa rin sa mga pinakaunang produkto na sinaliksik at ginawa sa polymer chemistry. Sa ngayon, ang cellulose eter ay malawakang ginagamit sa medisina, kalinisan, kosmetiko at industriya ng pagkain.

Kahit na ang mga cellulose ether, tulad ng hydroxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose at hydroxypropylmethylcellulose, ay ginawa sa industriya at marami sa kanilang mga katangian ay pinag-aralan, ang kanilang enerhiya sa ibabaw, acid Alkali-reactive na mga katangian ay hindi pa naiulat sa ngayon. Dahil ang karamihan sa mga produktong ito ay ginagamit sa isang likidong kapaligiran, at ang mga katangian sa ibabaw, lalo na ang mga katangian ng reaksyon ng acid-base, ay malamang na makakaapekto sa kanilang paggamit, ito ay lubhang kinakailangan upang pag-aralan at maunawaan ang mga katangian ng kemikal sa ibabaw ng komersyal na cellulose eter na ito.

Isinasaalang-alang na ang mga sample ng cellulose derivatives ay napakadaling baguhin sa pagbabago ng mga kondisyon ng paghahanda, ang papel na ito ay gumagamit ng mga komersyal na produkto bilang mga sample upang makilala ang kanilang enerhiya sa ibabaw, at batay dito, ang impluwensya ng mga substituent at molekular na timbang ng mga naturang produkto sa ibabaw. pinag-aaralan ang mga ari-arian.

1. Eksperimental na bahagi

1.1 Hilaw na materyales

Ang non-ionic cellulose eter na ginamit sa eksperimento ay produkto ngKIMA CHEMICAL CO.,LTD,. Ang mga sample ay hindi sumailalim sa anumang paggamot bago ang pagsubok.

Isinasaalang-alang na ang cellulose derivatives ay gawa sa selulusa, ang dalawang istruktura ay malapit, at ang mga katangian ng ibabaw ng selulusa ay naiulat sa panitikan, kaya ang papel na ito ay gumagamit ng selulusa bilang karaniwang sample. Ang cellulose sample na ginamit ay code-named C8002 at binili mula saKIMA, CN. Ang sample ay hindi sumailalim sa anumang paggamot sa panahon ng pagsubok.

Ang mga reagents na ginamit sa eksperimento ay: ethane, diiodomethane, deionized water, formamide, toluene, chloroform. Ang lahat ng mga likido ay analytically purong produkto maliban sa tubig na magagamit sa komersyo.

1.2 Eksperimental na paraan

Sa eksperimentong ito, pinagtibay ang column wicking technique, at isang seksyon (mga 10 cm) ng karaniwang pipette na may panloob na diameter na 3 mm ang pinutol bilang column tube. Maglagay ng 200 mg ng powdered sample sa column tube sa bawat pagkakataon, pagkatapos ay iling ito upang maging pantay at ilagay ito nang patayo sa ilalim ng lalagyan ng salamin na may panloob na diameter na mga 3 cm, upang ang likido ay maaaring ma-adsorbed nang kusang. Timbangin ang 1 mL ng likidong susuriin at ilagay ito sa isang lalagyang salamin, at itala ang oras ng paglulubog t at distansiya ng paglulubog X sa parehong oras. Ang lahat ng mga eksperimento ay isinagawa sa temperatura ng silid (25±1°C). Ang bawat data ay ang average ng tatlong replicate na eksperimento.

1.3 Pagkalkula ng pang-eksperimentong data

Ang teoretikal na batayan para sa aplikasyon ng pamamaraan ng pag-wicking ng haligi upang subukan ang enerhiya sa ibabaw ng mga materyales sa pulbos ay ang equation ng Washburn impregnation (Washburn penetration equation).

1.3.1 Pagpapasiya ng epektibong radius ng capillary Reff ng sinusukat na sample

Kapag inilapat ang Washburn immersion formula, ang kundisyon para sa pagkamit ng kumpletong basa ay cos=1. Nangangahulugan ito na kapag ang isang likido ay napili upang ilubog sa isang solid upang makamit ang isang ganap na basang kondisyon, maaari nating kalkulahin ang capillary effective radius Reff ng sinusukat na sample sa pamamagitan ng pagsubok sa distansya at oras ng immersion ayon sa isang espesyal na kaso ng Washburn immersion formula.

1.3.2 Pagkalkula ng puwersa ng Lifshitz-van der Waals para sa sinusukat na sample

Ayon sa pinagsama-samang panuntunan ni van Oss-Chaudhury-Good, ang relasyon sa pagitan ng mga reaksyon sa pagitan ng mga likido at solid.

1.3.3 Pagkalkula ng Lewis acid-base force ng mga sinusukat na sample

Sa pangkalahatan, ang mga katangian ng acid-base ng mga solid ay tinatantya mula sa data na pinapagbinhi ng tubig at formamide. Ngunit sa artikulong ito, nalaman namin na walang problema kapag ginagamit ang pares ng polar liquid na ito upang sukatin ang selulusa, ngunit sa pagsubok ng cellulose eter, dahil ang taas ng immersion ng polar solution system ng tubig/formamide sa cellulose ether ay masyadong mababa. , ginagawang napakahirap sa pagre-record ng oras. Samakatuwid, napili ang toluene/chloroform solution system na ipinakilala ng Chibowsk. Ayon kay Chibowski, ang isang toluene/chloroform polar solution system ay isa ring opsyon. Ito ay dahil ang dalawang likidong ito ay may napakaespesyal na acidity at alkalinity, halimbawa, ang toluene ay walang Lewis acidity, at ang chloroform ay walang Lewis alkalinity. Upang makuha ang data na nakuha ng toluene/chloroform solution system na mas malapit sa inirerekomendang polar solution system ng tubig/formamide, ginagamit namin ang dalawang polar liquid system na ito upang subukan ang cellulose sa parehong oras, at pagkatapos ay makuha ang kaukulang expansion o contraction coefficients bago ilapat Ang data na nakuha sa pamamagitan ng pagpapabinhi ng cellulose eter na may toluene/chloroform ay malapit sa mga konklusyong nakuha para sa water/formamide system. Dahil ang mga cellulose ether ay nagmula sa selulusa at mayroong halos magkatulad na istraktura sa pagitan ng dalawa, ang paraan ng pagtatantya na ito ay maaaring wasto.

1.3.4 Pagkalkula ng kabuuang libreng enerhiya sa ibabaw

2. Mga Resulta at Talakayan

2.1 Pamantayan ng selulusa

Dahil natagpuan ng aming mga resulta ng pagsubok sa mga karaniwang sample ng cellulose na ang mga data na ito ay naaayon sa mga naiulat sa literatura, makatwirang paniwalaan na ang mga resulta ng pagsubok sa mga cellulose eter ay dapat ding isaalang-alang.

2.2 Mga resulta ng pagsubok at talakayan ng cellulose ether

Sa panahon ng pagsubok ng cellulose ether, napakahirap itala ang distansya at oras ng paglulubog dahil sa napakababang taas ng immersion ng tubig at formamide. Samakatuwid, pinipili ng papel na ito ang toluene/chloroform solution system bilang alternatibong solusyon, at tinatantya ang Lewis acidity ng cellulose ether batay sa mga resulta ng pagsubok ng tubig/formamide at toluene/chloroform sa cellulose at ang proporsyonal na relasyon sa pagitan ng dalawang sistema ng solusyon. at alkalina na kapangyarihan.

Ang pagkuha ng selulusa bilang isang karaniwang sample, isang serye ng mga katangian ng acid-base ng mga cellulose eter ay ibinibigay. Dahil ang resulta ng pagpapabinhi ng cellulose eter na may toluene/chloroform ay direktang nasubok, ito ay nakakumbinsi.

Nangangahulugan ito na ang uri at molekular na timbang ng mga substituent ay nakakaapekto sa acid-base na mga katangian ng cellulose eter, at ang relasyon sa pagitan ng dalawang substituent, hydroxypropyl at hydroxypropylmethyl, sa acid-base na mga katangian ng cellulose eter at ang molekular na timbang ay ganap na kabaligtaran. Ngunit maaari rin itong nauugnay sa katotohanan na ang mga MP ay halo-halong mga substituent.

Dahil ang mga substituent ng MO43 at K8913 ay magkaiba at may parehong molecular weight, halimbawa, ang substituent ng una ay hydroxymethyl at ang substituent ng huli ay hydroxypropyl, ngunit ang molecular weight ng pareho ay 100,000, kaya nangangahulugan din na ang premise ng parehong molecular weight Sa ilalim ng mga pangyayari, ang S+ at S- ng hydroxymethyl group ay maaaring mas maliit kaysa sa hydroxypropyl group. Ngunit ang antas ng pagpapalit ay posible rin, dahil ang antas ng pagpapalit ng K8913 ay humigit-kumulang 3.00, habang ang sa MO43 ay 1.90 lamang.

Dahil ang antas ng pagpapalit at mga substituent ng K8913 at K9113 ay pareho ngunit ang molekular na timbang lamang ang naiiba, ang paghahambing sa pagitan ng dalawa ay nagpapakita na ang S+ ng hydroxypropyl cellulose ay bumababa sa pagtaas ng molekular na timbang, ngunit ang S- ay tumataas sa kabaligtaran. .

Mula sa buod ng mga resulta ng pagsubok ng enerhiya sa ibabaw ng lahat ng mga cellulose ethers at ang kanilang mga bahagi, makikita na kung ito ay selulusa o selulusa eter, ang pangunahing bahagi ng kanilang enerhiya sa ibabaw ay ang puwersa ng Lifshitz-van der Waals, accounting para sa mga 98%~99%. Bukod dito, ang mga puwersa ng Lifshitz-van der Waals ng mga nonionic cellulose ether na ito (maliban sa MO43) ay higit na malaki kaysa sa cellulose, na nagpapahiwatig na ang proseso ng etherification ng cellulose ay isang proseso din ng pagtaas ng mga puwersa ng Lifshitz-van der Waals. At ang mga pagtaas na ito ay humahantong sa enerhiya sa ibabaw ng cellulose ether na mas malaki kaysa sa cellulose. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay lubhang kawili-wili dahil ang mga cellulose eter na ito ay karaniwang ginagamit sa paggawa ng mga surfactant. Ngunit ang data ay kapansin-pansin, hindi lamang dahil ang data tungkol sa reference standard sample na sinuri sa eksperimentong ito ay lubos na naaayon sa halagang iniulat sa literatura, ang data tungkol sa reference na standard na sample ay lubos na naaayon sa halaga na iniulat sa literatura, para sa halimbawa: lahat ng cellulose na ito Ang SAB ng mga eter ay makabuluhang mas maliit kaysa sa cellulose, at ito ay dahil sa kanilang napakalaking base ng Lewis. Sa ilalim ng premise ng parehong substituent at antas ng pagpapalit, ang surface free energy ng hydroxypropyl cellulose ay proporsyonal sa molekular na timbang; habang ang ibabaw ng libreng enerhiya ng hydroxypropyl methylcellulose ay proporsyonal sa antas ng pagpapalit at inversely proporsyonal sa molekular na timbang.

Bilang karagdagan, dahil ang mga cellulose ether ay may mas malaking SLW kaysa sa cellulose, ngunit alam na natin na ang kanilang dispersibility ay mas mahusay kaysa sa cellulose, kaya maaari itong paunang isaalang-alang na ang pangunahing bahagi ng SLW na bumubuo ng mga nonionic cellulose eter ay dapat na ang puwersa ng London.

3. Konklusyon

Ipinakita ng mga pag-aaral na ang uri ng substituent, antas ng pagpapalit at timbang ng molekular ay may malaking impluwensya sa enerhiya sa ibabaw at komposisyon ng non-ionic cellulose eter. At ang epektong ito ay tila may sumusunod na regularidad:

(1) Ang S+ ng non-ionic cellulose ether ay mas maliit kaysa sa S-.

(2) Ang enerhiya sa ibabaw ng nonionic cellulose ether ay pinangungunahan ng Lifshitz-van der Waals force.

(3) Ang bigat ng molekular at mga substituent ay may epekto sa enerhiya sa ibabaw ng mga non-ionic cellulose ether, ngunit higit sa lahat ay nakasalalay ito sa uri ng mga substituent.

(4) Sa ilalim ng premise ng parehong substituent at antas ng pagpapalit, ang surface free energy ng hydroxypropyl cellulose ay proporsyonal sa molekular na timbang; habang ang ibabaw ng libreng enerhiya ng hydroxypropyl methylcellulose ay proporsyonal sa antas ng pagpapalit at inversely proporsyonal sa molekular na timbang.

(5) Ang proseso ng etherification ng cellulose ay isang proseso kung saan tumataas ang puwersa ng Lifshitz-van der Waals, at isa rin itong proseso kung saan bumababa ang acidity ng Lewis at tumataas ang alkalinity ng Lewis.