Katyonik Selüloz Eter Çözeltisinin Özellikleri

Yüksek yük yoğunluklu katyonik selüloz eterin (KG-30M) farklı pH değerlerindeki seyreltik çözelti özellikleri, farklı açılardaki hidrodinamik yarıçaptan (Rh) ve dönme yarıçapının ortalama karekökünden bir lazer saçılma cihazı ile incelenmiştir. Rg Rh'a olan oran, şeklinin düzensiz fakat küresele yakın olduğu anlamına gelir. Daha sonra reometre yardımıyla katyonik selüloz eterin farklı yük yoğunluklarına sahip üç konsantre çözeltisi detaylı olarak incelenmiş ve konsantrasyonun, pH değerinin ve kendi yük yoğunluğunun reolojik özelliklerine etkisi tartışılmıştır. Konsantrasyon arttıkça Newton üssü önce azaldı, sonra azaldı. Dalgalanma ve hatta geri tepme meydana gelir ve %3'te (kütle oranı) tiksotropik davranış meydana gelir. Orta düzeyde bir yük yoğunluğu, daha yüksek bir sıfır kesme viskozitesi elde etmek için faydalıdır ve pH'ın, viskozite üzerinde çok az etkisi vardır.

Anahtar kelimeler:katyonik selüloz eter; morfoloji; sıfır kesme viskozitesi; reoloji

Selüloz türevleri ve bunların değiştirilmiş fonksiyonel polimerleri, fizyolojik ve sıhhi ürünler, petrokimya, ilaç, gıda, kişisel bakım ürünleri, ambalajlama vb. alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Suda çözünür katyonik selüloz eter (CCE), güçlü kalınlaşma özelliğinden kaynaklanmaktadır. Yeteneği, günlük kimyasallarda, özellikle şampuanlarda yaygın olarak kullanılır ve şampuanlamadan sonra saçın taranabilirliğini artırabilir. Aynı zamanda uyumluluğu iyi olduğundan ikisi bir arada ve hepsi bir arada şampuanlarda da kullanılabilir. Aynı zamanda iyi bir uygulama potansiyeline sahiptir ve çeşitli ülkelerin dikkatini çekmiştir. Literatürde selüloz türevi çözeltilerin konsantrasyonun artmasıyla Newton sıvısı, psödoplastik sıvı, tiksotropik sıvı ve viskoelastik sıvı gibi davranışlar sergilediği, ancak katyonik selüloz eterin sulu çözeltideki morfolojisi, reolojisi ve etkileyen faktörlerin çok az olduğu rapor edilmiştir. araştırma raporları. Bu makale, pratik uygulamaya bir referans sağlamak amacıyla kuaterner amonyumla modifiye edilmiş selüloz sulu çözeltisinin reolojik davranışına odaklanmaktadır.

1. Deneysel kısım

1.1 Hammaddeler

Katyonik selüloz eter (KG-30M, JR-30M, LR-30M); Japonya'daki Procter & Gamble Company Kobe Ar-Ge Merkezi tarafından sağlanan Kanada Dow Chemical Company ürünü, Vario EL elemental analizörü (Alman Elemental Şirketi) tarafından ölçülmüştür; numunenin nitrojen içeriği sırasıyla %2,7, %1,8 ve %1,0'dır (yük yoğunluğu Sırasıyla 1,9 Meq/g, 1,25 Meq/g, 0,7 Meq/g) ve Alman ALV-5000E lazer ışığı saçılma cihazı (LLS) ile test edilmiştir ve ağırlık ortalama moleküler ağırlığının yaklaşık 1,64 olduğu ölçülmüştür.×106g/mol.

1.2 Çözüm hazırlığı

Numune filtreleme, diyaliz ve dondurarak kurutma yoluyla saflaştırıldı. Sırasıyla üç kantitatif numuneden oluşan bir seriyi tartın ve gerekli konsantrasyonu hazırlamak için pH'ı 4,00, 6,86, 9,18 olan standart tampon çözeltisini ekleyin. Numunelerin tamamen çözündüğünden emin olmak için tüm numune çözeltileri testten önce 48 saat boyunca manyetik karıştırıcıya yerleştirildi.

1.3 Işık saçılımı ölçümü

Seyreltik sulu çözeltideki numunenin ağırlık ortalamalı moleküler ağırlığını, hidrodinamik yarıçapı ve ikinci Villi katsayısı ve farklı açılar olduğunda dönme yarıçapının ortalama kare yarıçapını ölçmek için LLS'yi kullanın ve bu katyonik selüloz eterin içinde olduğu sonucunu çıkarın. sulu çözeltinin oran durumuna göre.

1.4 Viskozite ölçümü ve reolojik inceleme

Konsantre CCE çözeltisi Brookfield RVDV-III+ reometresi ile incelendi ve konsantrasyonun, yük yoğunluğunun ve pH değerinin numune viskozitesi gibi reolojik özellikler üzerindeki etkisi araştırıldı. Daha yüksek konsantrasyonlarda tiksotropisinin araştırılması gerekir.

2. Sonuçlar ve tartışma

2.1 Işık Saçılımı Araştırması

Özel moleküler yapısından dolayı iyi bir çözücüde bile tek molekül halinde bulunması zor olup, belirli kararlı miseller, kümeler veya birleşimler halinde bulunması zordur.

CCE'nin seyreltik sulu çözeltisi (~%0.1) polarizasyon mikroskobu ile gözlemlendiğinde, siyah çapraz ortogonal alanın arka planı altında "yıldız" parlak noktalar ve parlak çubuklar ortaya çıktı. Ayrıca ışık saçılımı, farklı pH ve açılardaki dinamik hidrodinamik yarıçap, dönme yarıçapının ortalama kare karesi ve Berry diyagramından elde edilen ikinci Villi katsayısı ile karakterize edilir ve Tab'da listelenir. 1. 10-5 konsantrasyonunda elde edilen hidrodinamik yarıçap fonksiyonunun dağılım grafiği esas olarak tek bir tepe noktasıdır, ancak dağılım çok geniştir (Şekil 1), bu da sistemde moleküler düzeyde ilişkilerin ve büyük kümelenmelerin olduğunu gösterir. ; Değişiklikler var ve Rg/Rb değerlerinin tamamı 0,775 civarında; bu da çözeltideki CCE'nin şeklinin küresele yakın olduğunu ancak yeterince düzenli olmadığını gösteriyor. PH'ın Rb ve Rg üzerindeki etkisi açık değildir. Tampon çözeltisindeki karşı iyon, yan zincirindeki yükü korumak ve küçülmesini sağlamak için CCE ile etkileşime girer, ancak fark, karşı iyonun türüne göre değişir. Yüklü polimerlerin ışık saçılımı ölçümü, uzun menzilli kuvvet etkileşimine ve dış müdahaleye duyarlıdır, dolayısıyla LLS karakterizasyonunda belirli hatalar ve sınırlamalar vardır. Kütle oranı %0,02'den büyük olduğunda, Rh dağılım diyagramında çoğunlukla birbirinden ayrılamayan çift tepe noktaları, hatta birden fazla tepe noktası bulunur. Konsantrasyon arttıkça Rh de artar, bu da daha fazla makromolekülün ilişkili olduğunu ve hatta toplandığını gösterir. Cao ve ark. karboksimetil selüloz ve yüzey aktif makromerlerin kopolimerini incelemek için ışık saçılımı kullanıldığında, ayrıca biri 30 nm ile 100 nm arasında olan ve moleküler düzeyde misel oluşumunu temsil eden, diğeri ayrılmaz çift tepe noktaları vardı. Bu yazıda belirlenen sonuçlara benzeyen, bir toplam olarak kabul edilen büyük.

2.2 Reolojik davranış araştırması

2.2.1 Konsantrasyonun etkisi:Farklı kesme hızlarında farklı konsantrasyonlara sahip KG-30M çözümlerinin görünen viskozitesini, kütle fraksiyonu %0,7'yi geçmediğinde ve bir dizi düz çizgide Ostwald-Dewaele tarafından önerilen güç yasası denkleminin logaritmik formuna göre ölçün. 0,99'dan büyük doğrusal korelasyon katsayıları elde edildi. Konsantrasyon arttıkça, Newton üssü n'nin değeri azalır (tümü 1'den küçüktür), bu da bariz bir sözde plastik sıvıyı gösterir. Kesme kuvvetinin etkisiyle makromoleküler zincirler çözülmeye ve yönlenmeye başlar, böylece viskozite azalır. Kütle oranı %0,7'den büyük olduğunda, elde edilen düz çizginin doğrusal korelasyon katsayısı azalır (yaklaşık 0,98) ve konsantrasyonun artmasıyla n dalgalanmaya ve hatta yükselmeye başlar; kütle oranı %3'e ulaştığında (Şekil 2), görünür viskozite tablosu, kesme hızının artmasıyla önce artar, sonra azalır. Bu olay dizisi, diğer anyonik ve katyonik polimer çözeltilerine ilişkin raporlardan farklıdır. n değeri artar, yani Newtonyen olmayan özellik zayıflar; Newton sıvısı viskoz bir sıvıdır ve kayma geriliminin etkisi altında moleküller arası kayma meydana gelir ve geri kazanılamaz; Newtonyen olmayan sıvı, geri kazanılabilir bir elastik kısım ve kurtarılamaz bir viskoz kısım içerir. Kayma geriliminin etkisi altında, moleküller arasında geri dönüşü olmayan bir kayma meydana gelir ve aynı zamanda makromoleküller kayma ile gerildiğinden ve yönlendirildiğinden, geri kazanılabilir bir elastik parça oluşur. Dış kuvvet kaldırıldığında makromoleküller orijinal kıvrılmış forma dönme eğilimi gösterir, dolayısıyla n'nin değeri artar. Bir ağ yapısı oluşturmak için konsantrasyon artmaya devam ediyor. Kayma gerilimi küçük olduğunda yok olmayacak ve sadece elastik deformasyon meydana gelecektir. Bu sırada esneklik nispeten artacak, viskozite zayıflayacak ve n'nin değeri azalacaktır; ölçüm işlemi sırasında kayma gerilimi giderek artarken n Değeri dalgalanır. Kütle oranı %3'e ulaştığında, görünür viskozite önce artar ve sonra azalır, çünkü küçük kayma makromoleküllerin büyük agregatlar oluşturması için çarpışmasını teşvik eder, dolayısıyla viskozite artar ve kayma gerilimi agregatları kırmaya devam eder. viskozite tekrar azalacaktır.

Tiksotropi araştırmasında, hızı (dev/dak) istenen y'ye ulaşacak şekilde ayarlayın, ayarlanan değere ulaşana kadar hızı düzenli aralıklarla artırın ve ardından karşılık gelen değeri elde etmek için maksimum hızdan hızlı bir şekilde başlangıç ​​değerine düşürün. Kayma gerilimi ve bunun kayma hızı ile ilişkisi Şekil 3'te gösterilmektedir. Kütle oranı %2,5'ten az olduğunda, yukarı doğru eğri ve aşağı doğru eğri tamamen örtüşür, ancak kütle oranı %3 olduğunda iki çizgi birbirine paralel değildir. daha uzun örtüşme ve aşağı doğru çizginin geride kalması tiksotropiyi gösterir.

Kayma geriliminin zamana bağlılığı reolojik direnç olarak bilinir. Reolojik direnç, viskoelastik sıvıların ve tiksotropik yapılara sahip sıvıların karakteristik bir davranışıdır. Aynı kütle kesirinde y ne kadar büyük olursa, r'nin dengeye o kadar hızlı ulaştığı ve zamana bağımlılığın daha küçük olduğu bulunmuştur; daha düşük kütle fraksiyonunda (<%2) CCE reolojik direnç göstermez. Kütle oranı %2,5'e yükseldiğinde, güçlü bir zamana bağımlılık gösterir (Şekil 4) ve dengeye ulaşmak yaklaşık 10 dakika sürerken, %3,0'da denge süresi 50 dakika sürer. Sistemin iyi tiksotropisi pratik uygulamaya olanak sağlar.

2.2.2 Yük yoğunluğunun etkisi:Sıfır kesme viskozitesi b'nin aynı konsantrasyonda ve farklı sıcaklıkta sabit olduğu ve aynı sıcaklıkta konsantrasyonun artmasıyla arttığı Spencer-Dillon ampirik formülünün logaritmik formu seçilir. Onogi tarafından 1966'da benimsenen güç yasası denklemine göre M, polimerin bağıl moleküler kütlesidir, A ve B sabitlerdir ve c kütle kesridir (%). incir．5 Üç eğrinin %0,6 civarında belirgin bükülme noktaları vardır, yani kritik bir kütle oranı vardır. %0,6'dan fazla olan sıfır kesme viskozitesi, C konsantrasyonunun artmasıyla hızla artar. Farklı yük yoğunluklarına sahip üç numunenin eğrileri çok yakındır. Bunun aksine, kütle oranı %0,2 ila %0,8 arasında olduğunda, en küçük yük yoğunluğuna sahip LR numunesinin sıfır kesme viskozitesi en büyük olur çünkü hidrojen bağı birleşimi belirli bir temas gerektirir. Dolayısıyla yük yoğunluğu, makromoleküllerin düzenli ve kompakt bir şekilde dizilip düzenlenemeyeceğiyle yakından ilgilidir; DSC testi yoluyla, LR'nin uygun bir yük yoğunluğunu gösteren zayıf bir kristalizasyon zirvesine sahip olduğu ve sıfır kesme viskozitesinin aynı konsantrasyonda daha yüksek olduğu bulunmuştur. Kütle oranı %0,2'den az olduğunda LR en küçüktür, çünkü seyreltik çözeltide düşük yük yoğunluğuna sahip makromoleküllerin bobin yönelimi oluşturma olasılığı daha yüksektir, dolayısıyla sıfır kayma viskozitesi düşüktür. Bu, kalınlaşma performansı açısından iyi bir yol gösterici öneme sahiptir.

2.2.3 pH etkisi: Şekil 6, %0,05 ila %2,5 kütle fraksiyonu aralığında farklı pH değerlerinde ölçülen sonuçtur. %0,45 civarında bir bükülme noktası vardır, ancak üç eğri neredeyse örtüşmektedir; bu durum pH'ın, anyonik selüloz eterin pH'a duyarlılığından oldukça farklı olan sıfır kayma viskozitesi üzerinde belirgin bir etkisinin olmadığını göstermektedir.

3. Sonuç

KG-30M seyreltik sulu çözeltisi LLS tarafından incelenir ve elde edilen hidrodinamik yarıçap dağılımı tek bir tepe noktasıdır. Açı bağımlılığından ve Rg/Rb oranından, şeklinin küresele yakın olduğu ancak yeterince düzenli olmadığı sonucu çıkarılabilir. Üç yük yoğunluğuna sahip CCE çözeltileri için, konsantrasyonun artmasıyla viskozite artar, ancak Newton'un avlanma sayısı n önce azalır, sonra dalgalanır ve hatta yükselir; pH'ın viskozite üzerinde çok az etkisi vardır ve orta düzeyde bir yük yoğunluğu daha yüksek bir viskozite elde edebilir.