Nonionik tsellyuloza efirining sirt xususiyatlariga o'rinbosar va molekulyar og'irlikning ta'siri

Washburnning emdirish nazariyasi (Penetratsiya nazariyasi) va van Oss-God-Chaudhuryning kombinatsiya nazariyasi (Birlashma nazariyasi) va ustunli tayoq texnologiyasini qo'llash (Column Wicking Technique) ga ko'ra, metil tsellyuloza kabi bir nechta ion bo'lmagan tsellyuloza efirlari. tsellyuloza, gidroksipropil tsellyuloza va gidroksipropil metiltsellyuloza sinovdan o'tkazildi. Ushbu tsellyuloza efirlarining turli o'rinbosarlari, almashinish darajalari va molekulyar og'irliklari tufayli ularning sirt energiyalari va tarkibiy qismlari sezilarli darajada farqlanadi. Ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, ion bo'lmagan tsellyuloza efirining Lyuis asosi Lyuis kislotasidan kattaroqdir va sirt erkin energiyasining asosiy komponenti Lifshits-van der Waals kuchidir. Gidroksipropilning sirt energiyasi va uning tarkibi gidroksimetilnikidan kattaroqdir. Xuddi shu o'rnini bosuvchi va almashinish darajasida gidroksipropil tsellyulozaning sirt erkin energiyasi molekulyar og'irlik bilan mutanosibdir; gidroksipropil metiltsellyulozaning sirt erkin energiyasi esa almashtirish darajasiga proportsional va molekulyar og'irligiga teskari proportsionaldir. Tajriba shuningdek, ion bo'lmagan tsellyuloza efiridagi o'rnini bosuvchi gidroksipropil va gidroksipropilmetilning sirt energiyasi tsellyulozaning sirt energiyasidan kattaroq ekanligi aniqlandi va tajriba sinovdan o'tgan tsellyulozaning sirt energiyasi va uning tarkibi ekanligini isbotladi. adabiyotga mos keladi.

Kalit so'zlar: nonionik tsellyuloza efirlari; o'rnini bosuvchi moddalar va almashinish darajalari; molekulyar og'irlik; sirt xususiyatlari; fitil texnologiyasi

Tsellyuloza efiri tsellyuloza hosilalarining katta toifasi boʻlib, ular efir oʻrnini bosuvchi moddalarning kimyoviy tuzilishiga koʻra anion, katyonik va noionik efirlarga boʻlinadi. Tsellyuloza efiri ham polimer kimyosida tadqiq qilingan va ishlab chiqarilgan eng qadimgi mahsulotlardan biridir. Hozirgacha tsellyuloza efiri tibbiyot, gigiena, kosmetika va oziq-ovqat sanoatida keng qo'llanilgan.

Gidroksimetilselüloza, gidroksipropilsellyuloza va gidroksipropilmetiltsellyuloza kabi tsellyuloza efirlari sanoatda ishlab chiqarilgan va ularning koʻpgina xossalari oʻrganilgan boʻlsa-da, ularning sirt energiyasi, kislota Ishqoriy-reaktiv xossalari hozirgacha qayd etilmagan. Ushbu mahsulotlarning aksariyati suyuq muhitda ishlatilganligi sababli va sirt xususiyatlari, ayniqsa kislota-asos reaktsiyasi xususiyatlari, ulardan foydalanishga ta'sir qilishi mumkinligi sababli, ushbu tijorat tsellyuloza efirining sirt kimyoviy xususiyatlarini o'rganish va tushunish juda zarur.

Tsellyuloza hosilalari namunalarini tayyorlash sharoitlari o‘zgarishi bilan o‘zgartirish juda oson ekanligini hisobga olib, ushbu maqolada ularning sirt energiyasini tavsiflash uchun namuna sifatida tijorat mahsulotlaridan foydalaniladi va shunga asoslanib, bunday mahsulotlarning o‘rnini bosuvchi moddalar va molekulyar og‘irliklarining sirtga ta’siri. xossalari o‘rganiladi.

1. Eksperimental qism

1.1 Xom ashyo

Tajribada ishlatiladigan ion bo'lmagan tsellyuloza efiri mahsulotidirKIMA CHEMICAL CO.,LTD,. Sinovdan oldin namunalar hech qanday ishlov berilmagan.

Tsellyuloza hosilalari tsellyulozadan qilinganligini hisobga olsak, ikkita tuzilma yaqin va tsellyulozaning sirt xususiyatlari adabiyotda xabar qilingan, shuning uchun bu qog'oz standart namuna sifatida tsellyulozadan foydalanadi. Amaldagi tsellyuloza namunasi C8002 kod nomiga ega bo'lib, undan sotib olinganKIMA, CN. Sinov davomida namunaga hech qanday ishlov berilmagan.

Tajribada ishlatiladigan reaktivlar: etan, diiodometan, deionlangan suv, formamid, toluol, xloroform. Savdoda mavjud bo'lgan suvdan tashqari barcha suyuqliklar analitik toza mahsulotlar edi.

1.2 Eksperimental usul

Ushbu tajribada ustunni silkitish texnikasi qabul qilindi va ichki diametri 3 mm bo'lgan standart pipetkaning bir qismi (taxminan 10 sm) ustun trubkasi sifatida kesildi. Har safar 200 mg kukunli namunani ustunli trubkaga soling, so'ngra uni bir tekis qilish uchun silkiting va suyuqlik o'z-o'zidan so'rilishi uchun ichki diametri taxminan 3 sm bo'lgan shisha idishning pastki qismiga vertikal ravishda qo'ying. Tekshiriladigan suyuqlikdan 1 ml torting va uni shisha idishga soling va bir vaqtning o'zida suvga cho'milish vaqti t va cho'milish masofasi X ni yozing. Barcha tajribalar xona haroratida o'tkazildi (25±1°C). Har bir ma'lumot uchta takroriy tajribaning o'rtachasidir.

1.3 Eksperimental ma'lumotlarni hisoblash

Kukunli materiallarning sirt energiyasini sinab ko'rish uchun ustunlarni silkitish texnikasini qo'llashning nazariy asosi Washburn singdirish tenglamasidir (Washburn penetratsion tenglama).

1.3.1 O'lchangan namunaning kapillyar samarali radiusini aniqlash Reff

Washburn immersion formulasini qo'llashda to'liq namlanishga erishish sharti cos=1 dir. Bu shuni anglatadiki, suyuqlik to'liq ho'l holatga erishish uchun qattiq moddaga botirish uchun tanlangan bo'lsa, biz suvga cho'mish masofasi va vaqtini Washburn immersion formulasining maxsus holatiga ko'ra sinab ko'rish orqali o'lchangan namunaning kapillyar samarali radiusini hisoblashimiz mumkin.

1.3.2 O'lchangan namuna uchun Lifshitz-van der Waals kuchini hisoblash

Van Oss-Chodhuri-Gudning birlashtirish qoidalariga ko'ra, suyuqliklar va qattiq moddalar o'rtasidagi reaktsiyalar o'rtasidagi bog'liqlik.

1.3.3 O'lchangan namunalarning Lyuis kislota-asos kuchini hisoblash

Umuman olganda, qattiq moddalarning kislota-asos xususiyatlari suv va formamid bilan singdirilgan ma'lumotlardan baholanadi. Ammo ushbu maqolada biz tsellyulozani o'lchash uchun bu juft qutbli suyuqliklardan foydalanganda hech qanday muammo yo'qligini aniqladik, lekin tsellyuloza efirini sinashda, chunki tsellyuloza efiridagi suv/formamidning qutbli eritma tizimining botirish balandligi juda past. , vaqtni yozib olishni juda qiyinlashtiradi. Shuning uchun Chibowsk tomonidan kiritilgan toluol / xloroform eritmasi tizimi tanlangan. Chibowskining so'zlariga ko'ra, toluol/xloroform polar eritma tizimi ham variant hisoblanadi. Buning sababi shundaki, bu ikki suyuqlik juda o'ziga xos kislotalilik va ishqoriylikka ega, masalan, toluolda Lyuis kislotaligi yo'q va xloroformda Lyuis ishqoriyligi yo'q. Toluol / xloroform eritmasi tizimi tomonidan olingan ma'lumotlarni suv / formamidning tavsiya etilgan qutbli eritma tizimiga yaqinlashtirish uchun biz bir vaqtning o'zida tsellyulozani sinab ko'rish uchun ushbu ikkita qutbli suyuqlik tizimidan foydalanamiz va keyin tegishli kengayish yoki qisqarish koeffitsientlarini olamiz. qo'llashdan oldin tsellyuloza efirini toluol/xloroform bilan singdirish orqali olingan ma'lumotlar suv/formamid tizimi uchun olingan xulosalarga yaqin. Tsellyuloza efirlari tsellyulozadan olinganligi va ikkalasi o'rtasida juda o'xshash tuzilish mavjudligi sababli, bu baholash usuli to'g'ri bo'lishi mumkin.

1.3.4 Umumiy sirt erkin energiyasini hisoblash

2. Natijalar va muhokama

2.1 Tsellyuloza standarti

Tsellyuloza standart namunalari bo'yicha bizning sinov natijalarimiz ushbu ma'lumotlarning adabiyotda keltirilgan ma'lumotlarga mos kelishini aniqlaganligi sababli, tsellyuloza efirlari bo'yicha sinov natijalari ham e'tiborga olinishi kerak, deb ishonish o'rinli.

2.2 Sinov natijalari va tsellyuloza efirining muhokamasi

Tsellyuloza efirini sinash vaqtida suv va formamidning cho'kish balandligi juda past bo'lgani uchun cho'kish masofasi va vaqtini qayd etish juda qiyin. Shu sababli, ushbu maqola muqobil eritma sifatida toluol/xloroform eritmasi tizimini tanlaydi va suv/formamid va toluol/xloroformning tsellyulozadagi sinov natijalari va ikkita eritma tizimi o'rtasidagi proportsional bog'liqlik asosida tsellyuloza efirining Lyuis kislotaliligini baholaydi. va ishqoriy quvvat.

Tsellyulozani standart namuna sifatida olib, tsellyuloza efirlarining bir qator kislota-asos xarakteristikalari berilgan. Tsellyuloza efirini toluol/xloroform bilan singdirish natijasi to'g'ridan-to'g'ri sinovdan o'tganligi sababli, bu ishonchli.

Bu shuni anglatadiki, o'rinbosarlarning turi va molekulyar og'irligi tsellyuloza efirining kislota-asos xususiyatlariga ta'sir qiladi va ikkita o'rinbosar, gidroksipropil va gidroksipropilmetil o'rtasidagi tsellyuloza efirining kislota-asos xususiyatlariga va molekulyar og'irligiga butunlay qarama-qarshidir. Ammo bu deputatlarning aralash o'rinbosar ekanligi bilan ham bog'liq bo'lishi mumkin.

MO43 va K8913 o'rnini bosuvchi moddalar har xil va bir xil molekulyar og'irlikka ega bo'lganligi sababli, masalan, birinchisining o'rnini bosuvchi gidroksimetil va ikkinchisining o'rnini bosuvchisi gidroksipropildir, lekin ikkalasining molekulyar og'irligi 100 000 ga teng, shuning uchun ham bu shuni anglatadiki, bir xil molekulyar og'irlikdagi premise Bunday sharoitda gidroksimetil guruhining S+ va S- lari gidroksipropil guruhidan kichikroq bo'lishi mumkin. Ammo almashtirish darajasi ham mumkin, chunki K8913 ni almashtirish darajasi taxminan 3,00, MO43 esa atigi 1,90.

K8913 va K9113 ning almashinish darajasi va o‘rinbosarlari bir xil, lekin faqat molekulyar og‘irligi har xil bo‘lganligi sababli, ularning orasidagi taqqoslash shuni ko‘rsatadiki, gidroksipropil tsellyulozaning S+ molekulyar og‘irligi oshishi bilan kamayadi, S- esa aksincha ortadi. .

Barcha tsellyuloza efirlari va ularning tarkibiy qismlarining sirt energiyasining sinov natijalarining xulosasidan ko'rinib turibdiki, u tsellyuloza yoki tsellyuloza efiri bo'ladimi, ularning sirt energiyasining asosiy komponenti Lifshitz-van der Vaals kuchi hisoblanadi. taxminan 98% ~ 99%. Bundan tashqari, ushbu nonionik tsellyuloza efirlarining Lifshits-van der Vaals kuchlari (MO43 dan tashqari) tsellyulozanikidan ham kattaroqdir, bu tsellyulozaning eterifikatsiya jarayoni ham Lifshitz-van der Vaals kuchlarini oshirish jarayoni ekanligini ko'rsatadi. Va bu o'sishlar tsellyuloza efirining sirt energiyasi tsellyulozanikidan kattaroq bo'lishiga olib keladi. Bu hodisa juda qiziq, chunki bu tsellyuloza efirlari sirt faol moddalar ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. Ammo ma'lumotlar diqqatga sazovorki, nafaqat ushbu tajribada sinovdan o'tgan namunaviy namuna haqidagi ma'lumotlar adabiyotda keltirilgan qiymatga juda mos keladi, balki mos yozuvlar namunasi haqidagi ma'lumotlar adabiyotda keltirilgan qiymatga juda mos keladi. misol: bularning barchasi tsellyuloza Efirlarning SAB tsellyulozanikidan sezilarli darajada kichik va bu ularning juda katta Lyuis asoslari bilan bog'liq. Xuddi shu o'rnini bosuvchi va almashinish darajasida gidroksipropil tsellyulozaning sirt erkin energiyasi molekulyar og'irlik bilan mutanosibdir; gidroksipropil metiltsellyulozaning sirt erkin energiyasi esa almashtirish darajasiga proportsional va molekulyar og'irligiga teskari proportsionaldir.

Bundan tashqari, tsellyuloza efirlari tsellyulozaga qaraganda kattaroq SLWga ega bo'lgani uchun, lekin biz allaqachon bilamizki, ularning dispersligi tsellyulozaga qaraganda yaxshiroq, shuning uchun noionik tsellyuloza efirlarini tashkil etuvchi SLWning asosiy komponenti London kuchi bo'lishi kerak deb oldindan hisoblash mumkin.

3. Xulosa

Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ion bo'lmagan tsellyuloza efirining sirt energiyasi va tarkibiga o'rnini bosuvchi turi, almashinish darajasi va molekulyar og'irligi katta ta'sir ko'rsatadi. Va bu ta'sir quyidagi muntazamlikka ega ko'rinadi:

(1) Noion tsellyuloza efirining S+ si S- dan kichik.

(2) Noionik tsellyuloza efirining sirt energiyasida Lifshits-van der Vaals kuchi ustunlik qiladi.

(3) Molekulyar og'irlik va o'rnini bosuvchi moddalar ion bo'lmagan tsellyuloza efirlarining sirt energiyasiga ta'sir qiladi, lekin u asosan o'rinbosarlarning turiga bog'liq.

(4) Bir xil o'rnini bosuvchi va almashinish darajasida gidroksipropil tsellyuloza sirtining erkin energiyasi molekulyar og'irlik bilan mutanosibdir; gidroksipropil metiltsellyulozaning sirt erkin energiyasi esa almashtirish darajasiga proportsional va molekulyar og'irligiga teskari proportsionaldir.

(5) Tsellyulozaning eterifikatsiya jarayoni Lifshits-van der Vaals kuchi ortib boruvchi jarayondir, shuningdek, Lyuis kislotaliligi pasayib, Lyuis ishqoriyligi ortib boruvchi jarayondir.