Вплив заступників і молекулярної маси на властивості поверхні неіонного ефіру целюлози

Відповідно до теорії просочення Уошберна (теорія проникнення) і теорії комбінування ван Осса-Гуда-Чодурі (теорія об'єднання) і застосування технології стовпчастого ґноту (техніка колонного гніту), кілька неіонних ефірів целюлози, таких як метилцелюлоза Поверхневі властивості целюлоза, гідроксипропілцелюлоза та гідроксипропілметилцелюлоза були випробувані. Через різні заступники, ступені заміщення та молекулярну масу цих простих ефірів целюлози їх поверхнева енергія та їхні компоненти значно відрізняються. Дані показують, що основа Льюїса неіонного ефіру целюлози більша, ніж кислота Льюїса, а основним компонентом вільної енергії поверхні є сила Ліфшица-ван дер Ваальса. Поверхнева енергія гідроксипропілу та його склад більші, ніж у гідроксиметилу. За умови однакового замісника та ступеня заміщення поверхнева вільна енергія гідроксипропілцелюлози пропорційна молекулярній масі; тоді як поверхнева вільна енергія гідроксипропілметилцелюлози пропорційна ступеню заміщення та обернено пропорційна молекулярній масі. Експеримент також виявив, що поверхнева енергія гідроксипропілу та гідроксипропілметилу в неіонному ефірі целюлози, здається, більша, ніж поверхнева енергія целюлози, і експеримент доводить, що поверхнева енергія досліджуваної целюлози та її склад. узгоджується з літературою.

Ключові слова: неіонні ефіри целюлози; замісники та ступені заміщення; молекулярна маса; властивості поверхні; гнітова технологія

Ефір целюлози — велика категорія похідних целюлози, які можна розділити на аніонні, катіонні та неіонні прості ефіри відповідно до хімічної структури їхніх ефірних заступників. Ефір целюлози також є одним із найперших продуктів, досліджених і вироблених у полімерній хімії. Дотепер ефір целюлози знайшов широке застосування в медицині, гігієні, косметиці та харчовій промисловості.

Незважаючи на те, що прості ефіри целюлози, такі як гідроксиметилцелюлоза, гідроксипропілцелюлоза та гідроксипропілметилцелюлоза, виробляються промисловим способом і багато з їхніх властивостей були вивчені, їх поверхнева енергія, кислотно-лужні реакційні властивості досі не повідомлялися. Оскільки більшість цих продуктів використовуються в рідкому середовищі, а характеристики поверхні, особливо характеристики кислотно-лужної реакції, ймовірно, впливатимуть на їх використання, дуже необхідно вивчити та зрозуміти хімічні характеристики поверхні цього комерційного ефіру целюлози.

Враховуючи, що зразки похідних целюлози дуже легко змінювати при зміні умов приготування, у цій роботі використано комерційні продукти як зразки для характеристики їх поверхневої енергії, і на основі цього вплив замісників і молекулярних мас таких продуктів на поверхню властивості вивчаються.

1. Експериментальна частина

1.1 Сировина

Неіонний ефір целюлози, використаний в експерименті, є продуктомKIMA CHEMICAL CO., LTD,. Зразки не піддавалися жодній обробці перед тестуванням.

Враховуючи, що похідні целюлози виготовляються з целюлози, дві структури близькі, а властивості поверхні целюлози описані в літературі, тому в цій статті целюлоза використовується як стандартний зразок. Використаний зразок целюлози мав кодову назву C8002 і був придбаний уKIMA, CN. Зразок не піддавався жодній обробці під час випробування.

Реагенти, що використовуються в експерименті: етан, дийодметан, деіонізована вода, формамід, толуол, хлороформ. Усі рідини були аналітично чистими продуктами, за винятком води, яка була комерційно доступною.

1.2 Експериментальний метод

У цьому експерименті була використана техніка звільнення колонки, і ділянку (приблизно 10 см) стандартної піпетки з внутрішнім діаметром 3 мм було вирізано як трубку колонки. Помістіть 200 мг порошкоподібного зразка в пробірку-колонку щоразу, потім струсіть його, щоб вирівняти його, і помістіть вертикально на дно скляного контейнера з внутрішнім діаметром приблизно 3 см, щоб рідина могла спонтанно адсорбуватися. Зважте 1 мл досліджуваної рідини, помістіть її в скляну ємність і одночасно зафіксуйте час занурення t і відстань занурення X. Усі експерименти проводили при кімнатній температурі (25±1°C). Кожні дані є середнім значенням трьох повторних експериментів.

1.3 Обчислення експериментальних даних

Теоретичною основою для застосування методу глотування колони для перевірки поверхневої енергії порошкових матеріалів є рівняння просочування Уошберна (рівняння проникнення Уошберна).

1.3.1 Визначення ефективного радіуса капіляра Reff вимірюваного зразка

При застосуванні формули занурення Уошберна умовою досягнення повного змочування є cos=1. Це означає, що коли рідину вибрано для занурення в тверду речовину для досягнення повністю вологого стану, ми можемо розрахувати капілярний ефективний радіус Reff виміряного зразка шляхом тестування відстані та часу занурення відповідно до спеціального випадку формули занурення Уошберна.

1.3.2 Розрахунок сили Ліфшица-ван дер Ваальса для вимірюваного зразка

Згідно з правилами комбінування ван Осса-Чодурі-Гуда, зв'язок між реакціями між рідинами та твердими речовинами.

1.3.3 Розрахунок кислотно-основної сили Льюїса вимірюваних зразків

Загалом, кислотно-основні властивості твердих тіл оцінюють за даними, просоченими водою і формамідом. Але в цій статті ми виявили, що немає проблем із використанням цієї пари полярних рідин для вимірювання целюлози, але під час випробування ефіру целюлози, оскільки висота занурення полярної системи розчину вода/формамід в ефірі целюлози є занадто низькою , що дуже ускладнює запис часу. Тому була обрана система розчину толуол/хлороформ, запропонована Чібовським. За словами Чібовського, система полярного розчину толуол/хлороформ також є варіантом. Це пояснюється тим, що ці дві рідини мають особливу кислотність і лужність, наприклад, толуол не має кислотності Льюїса, а хлороформ не має лужності. Щоб наблизити дані, отримані системою розчину толуол/хлороформ, до рекомендованої полярної системи розчину вода/формамід, ми використовуємо ці дві полярні рідинні системи для одночасного тестування целюлози, а потім отримуємо відповідні коефіцієнти розширення або стиснення перед нанесенням Дані, отримані при просоченні ефіру целюлози толуолом/хлороформом, близькі до висновків, отриманих для системи вода/формамід. Оскільки прості ефіри целюлози отримують з целюлози, і між ними існує дуже схожа структура, цей метод оцінки може бути дійсним.

1.3.4 Розрахунок повної вільної енергії поверхні

2. Результати та їх обговорення

2.1 Стандарт целюлози

Оскільки результати наших випробувань стандартних зразків целюлози показали, що ці дані добре узгоджуються з даними, наведеними в літературі, розумно вважати, що результати випробувань ефірів целюлози також слід враховувати.

2.2 Результати випробувань та обговорення ефіру целюлози

Під час випробування ефіру целюлози дуже важко зафіксувати відстань і час занурення через дуже низьку висоту занурення води та формаміду. Таким чином, у цьому документі обрано систему розчинів толуол/хлороформ як альтернативне рішення та оцінено кислотність Льюїса ефіру целюлози на основі результатів випробувань вода/формамід і толуол/хлороформ на целюлозі та пропорційне співвідношення між двома системами розчинів. і лужна сила.

Взявши за стандартну пробу целюлозу, наведено ряд кислотно-основних характеристик ефірів целюлози. Оскільки результат просочення ефіру целюлози толуолом/хлороформом безпосередньо перевірено, він переконливий.

Це означає, що тип і молекулярна маса замісників впливають на кислотно-основні властивості ефіру целюлози, а співвідношення між двома замісниками, гідроксипропілом і гідроксипропілметилом, на кислотно-основні властивості ефіру целюлози і молекулярну масу абсолютно протилежне. Але це також може бути пов'язано з тим фактом, що MP є змішаними заступниками.

Оскільки замісники MO43 та K8913 різні та мають однакову молекулярну масу, наприклад, замісник першого є гідроксиметилом, а замісник останнього – гідроксипропілом, але молекулярна маса обох становить 100 000, тому це також означає, що передумова однакової молекулярної маси. За цих обставин S+ і S- гідроксиметильної групи можуть бути меншими, ніж гідроксипропілової групи. Але ступінь заміщення також можливий, тому що ступінь заміщення K8913 становить приблизно 3,00, тоді як ступінь заміщення MO43 становить лише 1,90.

Оскільки ступінь заміщення та заступники K8913 і K9113 однакові, але різна лише молекулярна маса, порівняння між ними показує, що S+ гідроксипропілцелюлози зменшується зі збільшенням молекулярної маси, а S- навпаки збільшується. .

Зі зведення результатів випробування поверхневої енергії всіх простих ефірів целюлози та їх компонентів видно, що незалежно від того, чи це целюлоза чи ефір целюлози, основним компонентом їх поверхневої енергії є сила Ліфшица-ван дер Ваальса, яка враховує приблизно 98%~99%. Крім того, сили Ліфшица-ван дер Ваальса цих неіоногенних ефірів целюлози (за винятком MO43) також здебільшого більші, ніж у целюлози, що вказує на те, що процес етерифікації целюлози також є процесом збільшення сил Ліфшица-ван дер Ваальса. І ці збільшення призводять до того, що поверхнева енергія ефіру целюлози є більшою, ніж у целюлози. Це явище дуже цікаве, оскільки ці ефіри целюлози зазвичай використовуються у виробництві поверхнево-активних речовин. Але ці дані заслуговують на увагу не тільки тому, що дані про еталонний стандартний зразок, протестований у цьому експерименті, надзвичайно узгоджуються зі значенням, наведеним у літературі, дані про еталонний стандартний зразок надзвичайно узгоджуються зі значенням, наведеним у літературі, для приклад: усі ці целюлози SAB простих ефірів значно менший, ніж у целюлози, і це пов’язано з їхніми дуже великими основами Льюїса. За умови того самого заступника та ступеня заміщення поверхнева вільна енергія гідроксипропілцелюлози пропорційна молекулярній масі; тоді як поверхнева вільна енергія гідроксипропілметилцелюлози пропорційна ступеню заміщення та обернено пропорційна молекулярній масі.

Крім того, оскільки ефіри целюлози мають більший SLW, ніж целюлоза, але ми вже знаємо, що їх диспергність краща, ніж целюлоза, тому можна попередньо вважати, що основним компонентом SLW, що становить неіонні ефіри целюлози, повинна бути сила Лондона.

3. Висновок

Дослідження показали, що тип замісника, ступінь заміщення та молекулярна маса мають великий вплив на поверхневу енергію та склад неіонного ефіру целюлози. І цей ефект, здається, має наступну закономірність:

(1) S+ неіонного ефіру целюлози менше, ніж S-.

(2) У поверхневій енергії неіонного ефіру целюлози домінує сила Ліфшица-ван дер Ваальса.

(3) Молекулярна маса та замісники впливають на поверхневу енергію неіонних ефірів целюлози, але в основному це залежить від типу замісників.

(4) За умови того самого заступника та ступеня заміщення вільна поверхнева енергія гідроксипропілцелюлози пропорційна молекулярній масі; тоді як поверхнева вільна енергія гідроксипропілметилцелюлози пропорційна ступеню заміщення та обернено пропорційна молекулярній масі.

(5) Процес етерифікації целюлози — це процес, у якому збільшується сила Ліфшица-ван дер Ваальса, і це також процес, у якому кислотність Льюїса зменшується, а лужність Льюїса збільшується.