کیشنک سیلولوز ایتھر سلوشن کی خصوصیات

مختلف پی ایچ اقدار پر ہائی چارج کثافت والے کیشنک سیلولوز ایتھر (KG-30M) کی پتلی حل کی خصوصیات کا مختلف زاویوں پر ہائیڈروڈائنامک رداس (Rh) سے لیزر بکھرنے والے آلے کے ساتھ مطالعہ کیا گیا، اور روٹ کا مطلب مربع رداس گردش کا ہے۔ Rg Rh کے تناسب سے اندازہ ہوتا ہے کہ اس کی شکل فاسد ہے لیکن کروی کے قریب ہے۔ پھر، ریومیٹر کی مدد سے، مختلف چارج کثافت کے ساتھ کیشنک سیلولوز ایتھرز کے تین مرتکز محلولوں کا تفصیل سے مطالعہ کیا گیا، اور ارتکاز، پی ایچ ویلیو اور اس کی rheological خصوصیات پر اس کی اپنی چارج کثافت کے اثرات پر تبادلہ خیال کیا گیا۔ جوں جوں ارتکاز بڑھتا گیا، نیوٹن کا ایکسپوننٹ پہلے کم ہوا اور پھر کم ہوا۔ اتار چڑھاؤ یا یہاں تک کہ ریباؤنڈ ہوتا ہے، اور thixotropic رویہ 3% (بڑے پیمانے پر) ہوتا ہے۔ ایک اعتدال پسند چارج کثافت ایک اعلی صفر-قینچ viscosity حاصل کرنے کے لئے فائدہ مند ہے، اور pH اس کے viscosity پر بہت کم اثر پڑتا ہے.

کلیدی الفاظ:cationic سیلولوز ایتھر; مورفولوجی صفر قینچ viscosity؛ rheology

سیلولوز مشتقات اور ان کے تبدیل شدہ فنکشنل پولیمر جسمانی اور سینیٹری مصنوعات، پیٹرو کیمیکلز، ادویات، خوراک، ذاتی نگہداشت کی مصنوعات، پیکیجنگ وغیرہ کے شعبوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے رہے ہیں۔ قابلیت، یہ بڑے پیمانے پر روزانہ کیمیکلز، خاص طور پر شیمپو میں استعمال کیا جاتا ہے، اور شیمپو کرنے کے بعد بالوں کی combability کو بہتر بنا سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، اس کی اچھی مطابقت کی وجہ سے، اسے ٹو ان ون اور آل ان ون شیمپو میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس میں درخواست کا ایک اچھا امکان بھی ہے اور اس نے مختلف ممالک کی توجہ مبذول کرائی ہے۔ لٹریچر میں یہ بتایا گیا ہے کہ سیلولوز ڈیریویٹیو سلوشنز ارتکاز میں اضافے کے ساتھ نیوٹونین فلوئیڈ، سیوڈو پلاسٹک فلوئڈ، تھیکسوٹروپک فلوئیڈ اور ویسکوئلاسٹک فلوئڈ جیسے طرز عمل کی نمائش کرتے ہیں، لیکن کیشنک سیلولوز ایتھر کے مورفولوجی، ریولوجی اور اثر انداز کرنے والے عوامل میں بہت کم ہیں۔ تحقیقی رپورٹس یہ مقالہ quaternary امونیم میں ترمیم شدہ سیلولوز آبی محلول کے rheological رویے پر توجہ مرکوز کرتا ہے، تاکہ عملی اطلاق کے لیے ایک حوالہ فراہم کیا جا سکے۔

1. تجرباتی حصہ

1.1 خام مال

کیشنک سیلولوز ایتھر (KG-30M, JR-30M, LR-30M)؛ کینیڈا ڈاؤ کیمیکل کمپنی کی پروڈکٹ، جو جاپان میں پراکٹر اینڈ گیمبل کمپنی کوبی آر اینڈ ڈی سینٹر کے ذریعے فراہم کی گئی ہے، جس کی پیمائش Vario EL عنصری تجزیہ کار (جرمن ایلیمینٹل کمپنی) کے ذریعے کی گئی ہے، نمونہ نائٹروجن کا مواد بالترتیب 2.7%، 1.8%، 1.0% ہے (چارج کی کثافت ہے 1.9 Meq/g، 1.25 Meq/g، 0.7 Meq/g بالترتیب)، اور اس کا تجربہ جرمن ALV-5000E لیزر لائٹ سکیٹرنگ انسٹرومنٹ (LLS) کے ذریعے کیا گیا جس کا وزن اوسط مالیکیولر وزن تقریباً 1.64 ہے۔×106 گرام/مول

1.2 حل کی تیاری

نمونے کو فلٹریشن، ڈائیلاسز اور منجمد خشک کرنے سے پاک کیا گیا تھا۔ بالترتیب تین مقداری نمونوں کی ایک سیریز کا وزن کریں، اور مطلوبہ ارتکاز تیار کرنے کے لیے پی ایچ 4.00، 6.86، 9.18 کے ساتھ معیاری بفر حل شامل کریں۔ اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ نمونے مکمل طور پر تحلیل ہو گئے تھے، تمام نمونوں کے حل کو جانچ سے پہلے 48 گھنٹے کے لیے مقناطیسی محرک پر رکھا گیا تھا۔

1.3 روشنی بکھرنے کی پیمائش

ایل ایل ایس کا استعمال کریں نمونے کے وزن کے اوسط مالیکیولر وزن کو پتلے پانی کے محلول میں پیمائش کرنے کے لیے، ہائیڈروڈینامک رداس اور جڑ کا مطلب مربع رداس گردش کا جب دوسرا ویلی گتانک اور مختلف زاویہ،، اور اندازہ لگائیں کہ یہ کیشنک سیلولوز ایتھر ہے اس کے تناسب کی حیثیت سے پانی کا محلول۔

1.4 viscosity کی پیمائش اور rheological تفتیش

مرتکز CCE حل کا مطالعہ بروکفیلڈ RVDV-III+ rheometer کے ذریعے کیا گیا، اور rheological خصوصیات جیسے کہ نمونہ viscosity پر ارتکاز، چارج کثافت اور pH قدر کے اثر و رسوخ کی چھان بین کی گئی۔ زیادہ ارتکاز پر، اس کی thixotropy کی چھان بین ضروری ہے۔

2. نتائج اور بحث

2.1 روشنی کے بکھرنے پر تحقیق

اس کی خاص سالماتی ساخت کی وجہ سے، یہ ایک اچھے سالوینٹ میں بھی ایک سالمے کی شکل میں موجود ہونا مشکل ہے، لیکن بعض مستحکم مائیکلز، کلسٹرز یا ایسوسی ایشنز کی شکل میں۔

جب سی سی ای کے پتلے آبی محلول (~o.1%) کو پولرائزنگ خوردبین کے ساتھ دیکھا گیا تو، بلیک کراس آرتھوگونل فیلڈ کے پس منظر کے نیچے، "ستارہ" کے روشن دھبے اور روشن سلاخیں نمودار ہوئیں۔ اس کی مزید خصوصیت روشنی کے بکھرنے سے ہوتی ہے، مختلف پی ایچ اور زاویوں پر متحرک ہائیڈروڈینامک رداس، گردش کا جڑ کا مطلب مربع رداس اور بیری ڈایاگرام سے حاصل کردہ دوسرا ولی عدد ٹیب میں درج ہے۔ 1. 10-5 کے ارتکاز پر حاصل ہونے والے ہائیڈروڈینامک رداس فنکشن کا تقسیم گراف بنیادی طور پر ایک چوٹی ہے، لیکن تقسیم بہت وسیع ہے (تصویر 1)، اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ نظام میں سالماتی سطح کی انجمنیں اور بڑے مجموعے موجود ہیں۔ ; تبدیلیاں ہیں، اور Rg/Rb کی قدریں 0.775 کے آس پاس ہیں، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ محلول میں CCE کی شکل کروی کے قریب ہے، لیکن کافی حد تک باقاعدہ نہیں ہے۔ Rb اور Rg پر pH کا اثر واضح نہیں ہے۔ بفر سلوشن میں کاونٹرون اپنی سائیڈ چین پر چارج کو بچانے اور اسے سکڑنے کے لیے CCE کے ساتھ بات چیت کرتا ہے، لیکن فرق کاؤنٹر کی قسم کے ساتھ مختلف ہوتا ہے۔ چارج شدہ پولیمر کی ہلکی بکھرنے والی پیمائش طویل فاصلے تک قوت کے تعامل اور بیرونی مداخلت کے لیے حساس ہے، لہذا LLS کی خصوصیت میں کچھ خامیاں اور حدود ہیں۔ جب بڑے پیمانے پر حصہ 0.02% سے زیادہ ہوتا ہے تو Rh ڈسٹری بیوشن ڈایاگرام میں زیادہ تر لازم و ملزوم ڈبل چوٹیاں یا ایک سے زیادہ چوٹیاں ہوتی ہیں۔ جوں جوں ارتکاز بڑھتا ہے، Rh بھی بڑھتا ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ زیادہ میکرو مالیکیول وابستہ ہیں یا یہاں تک کہ جمع ہیں۔ جب Cao et al. کاربوکسی میتھائل سیلولوز اور سطحی فعال میکرومرز کے کوپولیمر کا مطالعہ کرنے کے لیے روشنی کے بکھرنے کا استعمال کیا، اس میں الگ نہ ہونے والی ڈبل چوٹییں بھی تھیں، جن میں سے ایک 30nm اور 100nm کے درمیان تھی، جو سالماتی سطح پر مائیکلز کی تشکیل کی نمائندگی کرتی تھی، اور دوسری چوٹی Rh نسبتاً زیادہ ہوتی ہے۔ بڑا، جسے ایک مجموعی سمجھا جاتا ہے، جو اس مقالے میں طے شدہ نتائج سے ملتا جلتا ہے۔

2.2 rheological سلوک پر تحقیق

2.2.1 ارتکاز کا اثر:KG-30M سلوشنز کی ظاہری viscosity کو مختلف قینچ کی شرحوں پر مختلف ارتکاز کے ساتھ ماپیں، اور Ostwald-Dewaele کی تجویز کردہ پاور قانون مساوات کی لاگرتھمک شکل کے مطابق، جب بڑے پیمانے پر حصہ 0.7% سے زیادہ نہ ہو، اور سیدھی لکیروں کا ایک سلسلہ 0.99 سے زیادہ لکیری ارتباط کے گتانک حاصل کیے گئے تھے۔ اور جوں جوں ارتکاز بڑھتا ہے، نیوٹن کے ایکسپوننٹ n کی قدر کم ہوتی جاتی ہے (تمام 1 سے کم)، جو ایک واضح سیوڈو پلاسٹک سیال دکھاتا ہے۔ قینچ کی قوت سے چلتے ہوئے، میکرو مالیکیولر زنجیریں الجھنا اور سمت کرنا شروع کر دیتی ہیں، لہٰذا viscosity کم ہو جاتی ہے۔ جب ماس فریکشن 0.7% سے زیادہ ہوتا ہے، تو حاصل شدہ سیدھی لائن کا لکیری ارتباط کا گتانک کم ہو جاتا ہے (تقریباً 0.98)، اور n ارتکاز میں اضافے کے ساتھ اتار چڑھاؤ یا یہاں تک کہ بڑھنا شروع ہو جاتا ہے۔ جب بڑے پیمانے پر حصہ 3% تک پہنچ جاتا ہے (تصویر 2)، جدول پہلے ظاہری viscosity میں اضافہ ہوتا ہے اور پھر قینچ کی شرح میں اضافے کے ساتھ کمی آتی ہے۔ مظاہر کا یہ سلسلہ دوسرے anionic اور cationic پولیمر محلول کی رپورٹوں سے مختلف ہے۔ n کی قدر بڑھ جاتی ہے، یعنی غیر نیوٹنین پراپرٹی کمزور ہو جاتی ہے۔ نیوٹنین سیال ایک چپچپا مائع ہے، اور بین سالماتی پھسلن قینچ کے دباؤ کے عمل کے تحت ہوتی ہے، اور اسے بازیافت نہیں کیا جا سکتا؛ غیر نیوٹنین سیال میں ایک قابل بازیافت لچکدار حصہ اور ناقابل بازیافت چپچپا حصہ ہوتا ہے۔ قینچ کے تناؤ کے عمل کے تحت، مالیکیولز کے درمیان ناقابل واپسی پرچی واقع ہوتی ہے، اور اسی وقت، کیونکہ میکرو مالیکیولز پھیلے ہوئے ہیں اور قینچ کے ساتھ مبنی ہیں، ایک قابل بازیافت لچکدار حصہ بنتا ہے۔ جب بیرونی قوت کو ہٹا دیا جاتا ہے، تو میکرو مالیکیول اصل گھماؤ والی شکل میں واپس آجاتے ہیں، اس لیے n کی قدر بڑھ جاتی ہے۔ نیٹ ورک کا ڈھانچہ بنانے کے لیے ارتکاز بڑھتا ہی جا رہا ہے۔ جب قینچ کا تناؤ چھوٹا ہوتا ہے، تو اسے تباہ نہیں کیا جائے گا، اور صرف لچکدار اخترتی ہو گی۔ اس وقت، لچک نسبتاً بڑھ جائے گی، واسکاسیٹی کمزور ہو جائے گی، اور n کی قدر کم ہو جائے گی۔ جبکہ پیمائش کے عمل کے دوران قینچ کا تناؤ بتدریج بڑھ رہا ہے، لہذا n قدر میں اتار چڑھاؤ آتا ہے۔ جب ماس فریکشن 3% تک پہنچ جاتا ہے، تو ظاہری viscosity پہلے بڑھ جاتی ہے اور پھر کم ہوتی ہے، کیونکہ چھوٹی قینچ بڑے مجموعے بنانے کے لیے میکرو مالیکیولز کے تصادم کو فروغ دیتی ہے، اس لیے viscosity بڑھ جاتی ہے، اور قینچ کا تناؤ مجموعوں کو توڑتا رہتا ہے۔ ، viscosity دوبارہ کم ہو جائے گا.

thixotropy کی تحقیقات میں، مطلوبہ y تک پہنچنے کے لیے رفتار (r/min) مقرر کریں، مقررہ قیمت تک پہنچنے تک رفتار کو باقاعدگی سے بڑھائیں، اور پھر متعلقہ حاصل کرنے کے لیے تیزی سے زیادہ سے زیادہ رفتار سے واپس ابتدائی قدر پر گریں۔ قینچ کا تناؤ، قینچ کی شرح کے ساتھ اس کا تعلق تصویر 3 میں دکھایا گیا ہے۔ جب بڑے پیمانے پر حصہ 2.5% سے کم ہو تو اوپر کی طرف منحنی خطوط اور نیچے کی طرف منحنی خطوط مکمل طور پر اوورلیپ ہو جاتے ہیں، لیکن جب ماس فریکشن 3% ہو تو دو لائنیں نمبر لمبا اوورلیپ ہوتا ہے، اور نیچے کی لکیر پیچھے رہ جاتی ہے، جو thixotropy کی نشاندہی کرتی ہے۔

قینچ کے تناؤ کے وقت پر انحصار کو rheological resistance کہا جاتا ہے۔ Rheological resistance viscoelastic مائعات اور thixotropic ڈھانچے والے مائعات کا ایک خصوصیت والا سلوک ہے۔ یہ پایا گیا ہے کہ y جتنا بڑا ہے اسی بڑے پیمانے پر ہے، r تیزی سے توازن تک پہنچتا ہے، اور وقت کا انحصار چھوٹا ہوتا ہے۔ کم بڑے پیمانے پر (<2%)، CCE rheological مزاحمت نہیں دکھاتا ہے۔ جب بڑے پیمانے پر حصہ 2.5% تک بڑھ جاتا ہے، تو یہ ایک مضبوط وقت کا انحصار ظاہر کرتا ہے (تصویر 4)، اور اسے توازن تک پہنچنے میں تقریباً 10 منٹ لگتے ہیں، جب کہ 3.0% پر، توازن کا وقت 50 منٹ لگتا ہے۔ نظام کی اچھی thixotropy عملی استعمال کے لیے سازگار ہے۔

2.2.2 چارج کثافت کا اثر:Spencer-Dillon تجرباتی فارمولے کی لوگاریتھمک شکل منتخب کی گئی ہے، جس میں صفر کٹ viscosity، b ایک ہی ارتکاز اور مختلف درجہ حرارت پر مستقل ہے، اور اسی درجہ حرارت پر ارتکاز کے اضافے کے ساتھ بڑھتا ہے۔ 1966 میں اونوگی کے ذریعہ اختیار کردہ پاور قانون مساوات کے مطابق، M پولیمر کا رشتہ دار مالیکیولر ماس ہے، A اور B مستقل ہیں، اور c ماس فریکشن (%) ہے۔ انجیر.5 تینوں منحنی خطوط میں 0.6% کے ارد گرد واضح انفلیکشن پوائنٹس ہیں، یعنی ایک اہم ماس فریکشن ہے۔ 0.6% سے زیادہ، ارتکاز C کے اضافے کے ساتھ زیرو شیئر واسکاسیٹی تیزی سے بڑھ جاتی ہے۔ مختلف چارج کثافت والے تین نمونوں کے منحنی خطوط بہت قریب ہیں۔ اس کے برعکس، جب بڑے پیمانے پر حصہ 0.2% اور 0.8% کے درمیان ہوتا ہے، تو سب سے چھوٹی چارج کثافت والے LR نمونے کی صفر کٹ viscosity سب سے بڑی ہوتی ہے، کیونکہ ہائیڈروجن بانڈ ایسوسی ایشن کو ایک خاص رابطے کی ضرورت ہوتی ہے۔ لہٰذا، چارج کی کثافت کا اس بات سے گہرا تعلق ہے کہ آیا میکرو مالیکیولز کو منظم اور کمپیکٹ انداز میں ترتیب دیا جا سکتا ہے۔ DSC ٹیسٹنگ کے ذریعے، یہ پتہ چلا ہے کہ LR میں کرسٹلائزیشن کی ایک کمزور چوٹی ہے، جو مناسب چارج کثافت کی نشاندہی کرتی ہے، اور اسی ارتکاز میں زیرو شیئر واسکاسیٹی زیادہ ہے۔ جب ماس فریکشن 0.2% سے کم ہوتا ہے، تو LR سب سے چھوٹا ہوتا ہے، کیونکہ پتلے محلول میں، کم چارج کثافت والے میکرو مالیکیولز کوائل اورینٹیشن بنانے کا زیادہ امکان ہوتا ہے، اس لیے زیرو شیئر واسکاسیٹی کم ہوتی ہے۔ یہ گاڑھا ہونے کی کارکردگی کے لحاظ سے ایک اچھی رہنمائی اہمیت رکھتا ہے۔

2.2.3 پی ایچ اثر: تصویر 6 وہ نتیجہ ہے جس کی پیمائش مختلف pH پر 0.05% تا 2.5% ماس فریکشن کے اندر ہوتی ہے۔ 0.45% کے ارد گرد ایک انفلیکشن پوائنٹ ہے، لیکن تینوں منحنی خطوط تقریباً اوورلیپ ہو جاتے ہیں، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ pH کا صفر شیئر واسکاسیٹی پر کوئی واضح اثر نہیں ہے، جو کہ anionic cellulose ether کی pH کی حساسیت سے بالکل مختلف ہے۔

3. نتیجہ

KG-30M پتلا آبی محلول کا مطالعہ LLS کے ذریعے کیا جاتا ہے، اور حاصل کردہ ہائیڈرو ڈائنامک رداس کی تقسیم ایک ہی چوٹی ہے۔ زاویہ انحصار اور Rg/Rb تناسب سے، یہ اندازہ لگایا جا سکتا ہے کہ اس کی شکل کروی کے قریب ہے، لیکن کافی حد تک باقاعدہ نہیں ہے۔ تین چارج کثافت والے CCE سلوشنز کے لیے، ارتکاز کے اضافے کے ساتھ viscosity بڑھ جاتی ہے، لیکن نیوٹن کا شکار نمبر n پہلے کم ہوتا ہے، پھر اتار چڑھاؤ اور یہاں تک کہ بڑھتا ہے۔ pH کا viscosity پر بہت کم اثر پڑتا ہے، اور ایک اعتدال پسند چارج کثافت زیادہ viscosity حاصل کر سکتی ہے۔