İkame Maddelerinin ve Molekül Ağırlığının Noniyonik Selüloz Eterin Yüzey Özellikleri Üzerindeki Etkileri

Washburn'ün emdirme teorisine (Penetrasyon Teorisi) ve van Oss-Good-Chaudhury'nin kombinasyon teorisine (Birleştirme Teorisi) ve sütunlu fitil teknolojisinin uygulanmasına (Sütun Fitilleme Tekniği) göre, metil selüloz gibi çeşitli iyonik olmayan selüloz eterlerin yüzey özellikleri. selüloz, hidroksipropil selüloz ve hidroksipropil metilselüloz test edildi. Bu selüloz eterlerin farklı ikame edicileri, ikame dereceleri ve moleküler ağırlıkları nedeniyle yüzey enerjileri ve bileşenleri önemli ölçüde farklıdır. Veriler, iyonik olmayan selüloz eterin Lewis bazının Lewis asidinden daha büyük olduğunu ve yüzey serbest enerjisinin ana bileşeninin Lifshitz-van der Waals kuvveti olduğunu göstermektedir. Hidroksipropilin yüzey enerjisi ve bileşimi hidroksimetilden daha yüksektir. Aynı ikame edici ve ikame derecesi varsayımı altında, hidroksipropil selülozun yüzey serbest enerjisi, moleküler ağırlıkla orantılıdır; hidroksipropil metilselülozun yüzey serbest enerjisi ikame derecesi ile orantılı ve moleküler ağırlıkla ters orantılıdır. Deney ayrıca iyonik olmayan selüloz eterdeki ikame edici hidroksipropil ve hidroksipropilmetilin yüzey enerjisinin selülozun yüzey enerjisinden daha büyük göründüğünü buldu ve deney, test edilen selülozun yüzey enerjisinin ve bileşiminin olduğunu kanıtlıyor. literatürle tutarlıdır.

Anahtar kelimeler: iyonik olmayan selüloz eterler; ikame maddeleri ve ikame dereceleri; moleküler ağırlık; yüzey özellikleri; fitil teknolojisi

Selüloz eter, eter ikame edicilerinin kimyasal yapısına göre anyonik, katyonik ve iyonik olmayan eterlere bölünebilen geniş bir selüloz türevleri kategorisidir. Selüloz eter aynı zamanda polimer kimyasında araştırılan ve üretilen ilk ürünlerden biridir. Selüloz eter bugüne kadar tıp, hijyen, kozmetik ve gıda endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Hidroksimetilselüloz, hidroksipropilselüloz ve hidroksipropilmetilselüloz gibi selüloz eterler endüstriyel olarak üretilmiş ve bunların birçok özelliği araştırılmış olmasına rağmen, yüzey enerjileri, asit alkali-reaktif özellikleri şu ana kadar bildirilmemiştir. Bu ürünlerin çoğu sıvı ortamda kullanıldığından ve yüzey özellikleri, özellikle asit-baz reaksiyon özellikleri muhtemelen kullanımlarını etkileyeceğinden, bu ticari selüloz eterin yüzey kimyasal özelliklerini incelemek ve anlamak çok gereklidir.

Selüloz türevleri numunelerinin hazırlama koşullarının değişmesiyle değiştirilmesinin çok kolay olduğu göz önüne alındığında, bu makale, yüzey enerjilerini karakterize etmek için numune olarak ticari ürünleri kullanır ve buna dayanarak bu tür ürünlerin ikame edicilerinin ve moleküler ağırlıklarının yüzey üzerindeki etkisi özellikleri incelenmektedir.

1. Deneysel kısım

1.1 Hammaddeler

Deneyde kullanılan iyonik olmayan selüloz eter,KIMA KİMYA CO.,LTD,. Numuneler test öncesinde herhangi bir işleme tabi tutulmamıştır.

Selüloz türevlerinin selülozdan yapıldığı göz önüne alındığında, iki yapı birbirine yakındır ve selülozun yüzey özellikleri literatürde rapor edilmiştir, dolayısıyla bu makale standart numune olarak selülozu kullanmaktadır. Kullanılan selüloz numunesinin kod adı C8002'dir ve şu adresten satın alınmıştır:KIMA, CN. Numune test sırasında herhangi bir işleme tabi tutulmamıştır.

Deneyde kullanılan reaktifler şunlardır: etan, diiyodometan, deiyonize su, formamid, toluen, kloroform. Ticari olarak temin edilebilen su dışında tüm sıvılar analitik olarak saf ürünlerdi.

1.2 Deneysel yöntem

Bu deneyde, kolon fitilleme tekniği benimsenmiş ve iç çapı 3 mm olan standart bir pipetin bir bölümü (yaklaşık 10 cm) kolon tüpü olarak kesilmiştir. Her seferinde 200 mg toz numuneyi kolon tüpüne koyun, ardından eşit hale gelinceye kadar çalkalayın ve sıvının kendiliğinden adsorbe edilebilmesi için iç çapı yaklaşık 3 cm olan cam kabın tabanına dikey olarak yerleştirin. Test edilecek sıvının 1 mL'sini tartın ve bir cam kaba koyun ve aynı anda daldırma süresi t ve daldırma mesafesi X'i kaydedin. Tüm deneyler oda sıcaklığında (25±1°C). Her veri, üç tekrarlı deneyin ortalamasıdır.

1.3 Deneysel verilerin hesaplanması

Toz malzemelerin yüzey enerjisini test etmek için kolon fitilleme tekniğinin uygulanmasının teorik temeli, Washburn emdirme denklemidir (Washburn penetrasyon denklemi).

1.3.1 Ölçülen numunenin kılcal etkili yarıçapının Reff'inin belirlenmesi

Washburn daldırma formülünü uygularken tam ıslanmanın sağlanması için koşul cos=1'dir. Bu, tamamen ıslak bir duruma ulaşmak için bir sıvının bir katıya batırılması seçildiğinde, Washburn daldırma formülünün özel bir durumuna göre daldırma mesafesini ve süresini test ederek ölçülen numunenin kılcal etkili yarıçapı Reff'i hesaplayabileceğimiz anlamına gelir.

1.3.2 Ölçülen numune için Lifshitz-van der Waals kuvveti hesaplaması

Van Oss-Chaudhury-Good'un birleştirme kurallarına göre sıvılar ve katılar arasındaki reaksiyonlar arasındaki ilişki.

1.3.3 Ölçülen numunelerin Lewis asit-baz kuvvetinin hesaplanması

Genel olarak katıların asit-baz özellikleri, su ve formamid emdirilmiş verilerden tahmin edilir. Ancak bu makalede, selülozu ölçmek için bu polar sıvı çiftini kullanırken sorun olmadığını, ancak selüloz eter testinde sorun olmadığını, çünkü su/formamidin selüloz eter içindeki polar çözelti sisteminin daldırma yüksekliğinin çok düşük olduğunu bulduk. , zaman kaydını çok zorlaştırır. Bu nedenle Chibowsk'un tanıttığı toluen/kloroform çözelti sistemi seçildi. Chibowski'ye göre toluen/kloroform polar çözelti sistemi de bir seçenek. Bunun nedeni, bu iki sıvının çok özel asitlik ve alkalinliğe sahip olmasıdır; örneğin toluenin Lewis asitliği yoktur ve kloroformun Lewis alkaliliği yoktur. Toluen/kloroform çözelti sistemi tarafından elde edilen verileri, önerilen polar çözelti su/formamid sistemine yaklaştırmak için, selülozu aynı anda test etmek için bu iki polar sıvı sistemini kullanıyoruz ve ardından karşılık gelen genleşme veya büzülme katsayılarını alıyoruz. uygulamadan önce Selüloz eterin toluen/kloroform ile emprenye edilmesiyle elde edilen veriler, su/formamid sistemi için elde edilen sonuçlara yakındır. Selüloz eterler selülozdan türetildiği ve ikisi arasında çok benzer bir yapı bulunduğu için bu tahmin yöntemi geçerli olabilir.

1.3.4 Toplam yüzey serbest enerjisinin hesaplanması

2. Sonuçlar ve Tartışma

2.1 Selüloz standardı

Selüloz standart numuneleri üzerindeki test sonuçlarımız, bu verilerin literatürde bildirilenlerle iyi bir uyum içinde olduğunu tespit ettiğinden, selüloz eterler üzerindeki test sonuçlarının da dikkate alınması gerektiğine inanmak mantıklıdır.

2.2 Test sonuçları ve selüloz eterin tartışılması

Selüloz eterin testi sırasında su ve formamidin daldırma yüksekliğinin çok düşük olması nedeniyle daldırma mesafesini ve süresini kaydetmek çok zordur. Bu nedenle, bu makale alternatif bir çözüm olarak toluen/kloroform çözelti sistemini seçmektedir ve selüloz üzerinde su/formamid ve toluen/kloroformun test sonuçlarına ve iki çözelti sistemi arasındaki orantısal ilişkiye dayanarak selüloz eterin Lewis asitliğini tahmin etmektedir. ve alkalin güç.

Selüloz standart bir numune olarak alınarak, selüloz eterlerin bir dizi asit-baz özellikleri verilmiştir. Selüloz eterin toluen/kloroform ile emprenye edilmesinin sonucu doğrudan test edildiğinden ikna edicidir.

Bu, sübstitüentlerin tipinin ve molekül ağırlığının, selüloz eterin asit-baz özelliklerini etkilediği ve iki sübstitüent (hidroksipropil ve hidroksipropilmetil) arasındaki ilişkiyi, selüloz eterin asit-baz özellikleri üzerindeki ilişkisini ve molekül ağırlığının tamamen zıt olduğu anlamına gelir. Ancak bu aynı zamanda MP'lerin karışık ikame ediciler olması gerçeğiyle de ilgili olabilir.

MO43 ve K8913'ün ikame edicileri farklı olduğundan ve aynı molekül ağırlığına sahip olduğundan, örneğin birincisinin ikamesi hidroksimetil ve ikincisinin ikamesi hidroksipropildir, ancak her ikisinin de molekül ağırlığı 100.000'dir, yani bu aynı zamanda şu anlama da gelir: aynı molekül ağırlığına sahip olma varsayımı Bu koşullar altında, hidroksimetil grubunun S+ ve S-'si hidroksipropil grubundan daha küçük olabilir. Ancak ikame derecesi de mümkündür çünkü K8913'ün ikame derecesi yaklaşık 3,00 iken MO43'ünki yalnızca 1,90'dır.

K8913 ve K9113'ün ikame derecesi ve ikame edicileri aynı ancak yalnızca moleküler ağırlık farklı olduğundan, ikisi arasındaki karşılaştırma, hidroksipropil selülozun S+'sının moleküler ağırlığın artmasıyla azaldığını, ancak S-'nin tam tersi şekilde arttığını gösterir. .

Tüm selüloz eterlerin ve bileşenlerinin yüzey enerjisine ilişkin test sonuçlarının özetinden, ister selüloz ister selüloz eter olsun, yüzey enerjilerinin ana bileşeninin Lifshitz-van der Waals kuvveti olduğu görülebilir. yaklaşık %98 ~ %99. Ayrıca, bu iyonik olmayan selüloz eterlerin (MO43 hariç) Lifshitz-van der Waals kuvvetleri de çoğunlukla selülozunkinden daha büyüktür; bu, selülozun eterleşme sürecinin aynı zamanda Lifshitz-van der Waals kuvvetlerini arttıran bir süreç olduğunu gösterir. Bu artışlar da selüloz eterin yüzey enerjisinin selülozunkinden daha büyük olmasına yol açmaktadır. Bu olay çok ilginçtir çünkü bu selüloz eterler yüzey aktif maddelerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak veriler dikkate değerdir; yalnızca bu deneyde test edilen referans standart numunesine ilişkin veriler, literatürde bildirilen değerle son derece tutarlı olduğundan değil, aynı zamanda referans standart numunesine ilişkin veriler, literatürde rapor edilen değerle de son derece tutarlı olduğundan, örnek: tüm bu selüloz Eterlerin SAB'si selülozunkinden önemli ölçüde daha küçüktür ve bu, onların çok büyük Lewis bazlarından kaynaklanmaktadır. Aynı ikame edici ve ikame derecesi varsayımı altında, hidroksipropil selülozun yüzey serbest enerjisi, moleküler ağırlıkla orantılıdır; hidroksipropil metilselülozun yüzey serbest enerjisi ikame derecesi ile orantılı ve moleküler ağırlıkla ters orantılıdır.

Ayrıca selüloz eterlerin SLW'si selülozdan daha büyük olduğundan, fakat dağılabilirliklerinin selülozdan daha iyi olduğunu zaten biliyoruz, bu nedenle, iyonik olmayan selüloz eterleri oluşturan SLW'nin ana bileşeninin London kuvveti olması gerektiği ön olarak düşünülebilir.

3. Sonuç

Çalışmalar, ikame edici tipinin, ikame derecesinin ve moleküler ağırlığın, iyonik olmayan selüloz eterin yüzey enerjisi ve bileşimi üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Ve bu etkinin aşağıdaki düzenliliğe sahip olduğu görülmektedir:

(1) İyonik olmayan selüloz eterin S+'sı S-'den küçüktür.

(2) İyonik olmayan selüloz eterin yüzey enerjisine Lifshitz-van der Waals kuvveti hakimdir.

(3) Molekül ağırlığı ve ikame edicilerin iyonik olmayan selüloz eterlerin yüzey enerjisi üzerinde etkisi vardır, ancak bu esas olarak ikame edicilerin türüne bağlıdır.

(4) Aynı ikame edici ve ikame derecesi varsayımı altında, hidroksipropil selülozun yüzey serbest enerjisi, moleküler ağırlıkla orantılıdır; hidroksipropil metilselülozun yüzey serbest enerjisi ikame derecesi ile orantılı ve moleküler ağırlıkla ters orantılıdır.

(5) Selülozun eterleşme süreci, Lifshitz-van der Waals kuvvetinin arttığı bir süreç olup, aynı zamanda Lewis asitliğinin azaldığı ve Lewis alkaliliğinin arttığı bir süreçtir.