Ảnh hưởng của các nhóm thế và trọng lượng phân tử đến tính chất bề mặt của ete xenlulo không ion

Theo lý thuyết ngâm tẩm của Washburn (Lý thuyết thâm nhập) và lý thuyết kết hợp của van Oss-Good-Chaudhury (Lý thuyết kết hợp) và ứng dụng công nghệ bấc cột (Kỹ thuật thấm hút cột), một số ete cellulose không ion, chẳng hạn như methyl cellulose. cellulose, hydroxypropyl cellulose và hydroxypropyl methylcellulose đã được thử nghiệm. Do các nhóm thế khác nhau, mức độ thay thế và trọng lượng phân tử của các ete xenlulo này nên năng lượng bề mặt và các thành phần của chúng khác nhau đáng kể. Dữ liệu cho thấy bazơ Lewis của ete cellulose không ion lớn hơn axit Lewis và thành phần chính của năng lượng tự do bề mặt là lực Lifshitz-van der Waals. Năng lượng bề mặt của hydroxypropyl và thành phần của nó lớn hơn năng lượng bề mặt của hydroxymethyl. Dưới tiền đề của cùng một nhóm thế và mức độ thay thế, năng lượng tự do bề mặt của hydroxypropyl cellulose tỷ lệ thuận với trọng lượng phân tử; trong khi năng lượng tự do bề mặt của hydroxypropyl methylcellulose tỷ lệ thuận với mức độ thay thế và tỷ lệ nghịch với trọng lượng phân tử. Thí nghiệm cũng cho thấy năng lượng bề mặt của nhóm thế hydroxypropyl và hydroxypropylmethyl trong ete cellulose không ion dường như lớn hơn năng lượng bề mặt của cellulose và thí nghiệm chứng minh rằng năng lượng bề mặt của cellulose được thử nghiệm và thành phần của nó. phù hợp với văn học.

Từ khóa: ete cellulose không ion; nhóm thế và mức độ thay thế; trọng lượng phân tử; tính chất bề mặt; công nghệ bấc

Cellulose ether là một loại lớn các dẫn xuất cellulose, có thể được chia thành ete anion, cation và không ion theo cấu trúc hóa học của các nhóm thế ether của chúng. Cellulose ether cũng là một trong những sản phẩm được nghiên cứu và sản xuất sớm nhất trong ngành hóa học polymer. Cho đến nay, ete xenlulo đã được sử dụng rộng rãi trong y học, vệ sinh, mỹ phẩm và công nghiệp thực phẩm.

Mặc dù ete cellulose, chẳng hạn như hydroxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose và hydroxypropylmethylcellulose, đã được sản xuất công nghiệp và nhiều tính chất của chúng đã được nghiên cứu, nhưng cho đến nay, năng lượng bề mặt, tính chất phản ứng kiềm axit của chúng vẫn chưa được báo cáo. Vì hầu hết các sản phẩm này được sử dụng trong môi trường lỏng và các đặc tính bề mặt, đặc biệt là đặc tính phản ứng axit-bazơ, có thể ảnh hưởng đến việc sử dụng chúng nên việc nghiên cứu và tìm hiểu các đặc tính hóa học bề mặt của ete cellulose thương mại này là rất cần thiết.

Xét thấy các mẫu dẫn xuất cellulose rất dễ bị thay đổi khi thay đổi điều kiện chuẩn bị, bài báo này sử dụng các sản phẩm thương mại làm mẫu để mô tả năng lượng bề mặt của chúng và dựa vào đó để đánh giá ảnh hưởng của các nhóm thế và khối lượng phân tử của các sản phẩm đó lên bề mặt. tính chất được nghiên cứu.

1. Phần thí nghiệm

1.1 Nguyên liệu thô

Ether cellulose không ion được sử dụng trong thí nghiệm là sản phẩm củaCÔNG TY TNHH HÓA CHẤT KIMA,. Các mẫu không được xử lý trước khi thử nghiệm.

Xét rằng các dẫn xuất cellulose được tạo thành từ cellulose, hai cấu trúc này gần nhau và tính chất bề mặt của cellulose đã được báo cáo trong tài liệu nên bài báo này sử dụng cellulose làm mẫu chuẩn. Mẫu xenlulo được sử dụng có tên mã C8002 và được mua từKIMA, CN. Mẫu không được xử lý trong quá trình thử nghiệm.

Các thuốc thử dùng trong thí nghiệm là: ethane, diiodomethane, nước khử ion, formamide, toluene, chloroform. Tất cả các chất lỏng đều là sản phẩm tinh khiết về mặt phân tích ngoại trừ nước có bán trên thị trường.

1.2 Phương pháp thực nghiệm

Trong thí nghiệm này, kỹ thuật thấm cột đã được áp dụng và một phần (khoảng 10 cm) của pipet tiêu chuẩn có đường kính trong 3 mm được cắt làm ống cột. Mỗi lần cho 200 mg mẫu dạng bột vào ống cột, sau đó lắc cho đều và đặt thẳng đứng dưới đáy lọ thủy tinh có đường kính trong khoảng 3 cm để chất lỏng có thể hấp phụ một cách tự nhiên. Cân 1 ml chất lỏng cần thử cho vào bình thủy tinh, đồng thời ghi lại thời gian ngâm t và khoảng cách ngâm X. Tất cả các thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ phòng (25±1°C). Mỗi dữ liệu là trung bình của ba thí nghiệm lặp lại.

1.3 Tính toán số liệu thực nghiệm

Cơ sở lý thuyết cho việc ứng dụng kỹ thuật thấm cột để kiểm tra năng lượng bề mặt của vật liệu bột là phương trình tẩm Washburn (phương trình thấm Washburn).

1.3.1 Xác định bán kính hiệu dụng mao dẫn của mẫu đo

Khi áp dụng công thức ngâm Washburn, điều kiện để đạt được độ ướt hoàn toàn là cos=1. Điều này có nghĩa là khi chọn một chất lỏng để nhúng vào chất rắn để đạt được điều kiện ướt hoàn toàn, chúng ta có thể tính được bán kính hiệu dụng mao dẫn Reff của mẫu đo được bằng cách kiểm tra khoảng cách và thời gian ngâm theo trường hợp đặc biệt của công thức ngâm Washburn.

1.3.2 Tính toán lực Lifshitz-van der Waals cho mẫu đo

Theo quy tắc kết hợp của van Oss-Chaudhury-Good, mối quan hệ giữa các phản ứng giữa chất lỏng và chất rắn.

1.3.3 Tính lực axit-bazơ Lewis của mẫu đo

Nói chung, tính chất axit-bazơ của chất rắn được ước tính từ dữ liệu được tẩm nước và formamide. Nhưng trong bài viết này, chúng tôi thấy rằng không có vấn đề gì khi sử dụng cặp chất lỏng phân cực này để đo xenlulo, nhưng trong phép thử xenlulo ete, vì chiều cao ngâm của hệ dung dịch phân cực của nước/formamit trong xenlulo ete quá thấp , khiến việc ghi lại thời gian trở nên rất khó khăn. Vì vậy, hệ thống dung dịch toluene/chloroform do Chibovsk giới thiệu đã được lựa chọn. Theo Chibowski, hệ thống dung dịch phân cực toluene/chloroform cũng là một lựa chọn. Điều này là do hai chất lỏng này có độ axit và độ kiềm rất đặc biệt, ví dụ, toluene không có độ axit Lewis và cloroform không có độ kiềm Lewis. Để có được dữ liệu thu được từ hệ thống dung dịch toluene/chloroform gần hơn với hệ thống dung dịch phân cực được khuyến nghị của nước/formamid, chúng tôi sử dụng hai hệ thống chất lỏng phân cực này để kiểm tra cellulose cùng lúc, sau đó lấy hệ số giãn nở hoặc co lại tương ứng trước khi áp dụng Dữ liệu thu được bằng cách ngâm ete xenlulo với toluene/chloroform gần với kết luận thu được đối với hệ thống nước/formamit. Vì ete xenlulo có nguồn gốc từ xenlulo và có cấu trúc rất giống nhau giữa hai loại này nên phương pháp ước tính này có thể hợp lệ.

1.3.4 Tính tổng năng lượng tự do bề mặt

2. Kết quả và thảo luận

2.1 Chất chuẩn xenlulo

Vì kết quả thử nghiệm của chúng tôi trên các mẫu chuẩn xenluloza cho thấy những dữ liệu này phù hợp tốt với dữ liệu được báo cáo trong tài liệu, nên có lý khi tin rằng kết quả thử nghiệm trên ete xenlulo cũng nên được xem xét.

2.2 Kết quả thử nghiệm và thảo luận về ete xenlulo

Trong quá trình thử nghiệm ete cellulose, rất khó ghi lại khoảng cách và thời gian ngâm do chiều cao ngâm của nước và formamide rất thấp. Vì vậy, bài báo này chọn hệ dung dịch toluene/chloroform làm dung dịch thay thế và ước tính độ axit Lewis của ete xenlulo dựa trên kết quả thử nghiệm nước/formamit và toluene/chloroform trên xenlulo và mối quan hệ tỷ lệ giữa hai hệ dung dịch. và năng lượng kiềm.

Lấy xenluloza làm mẫu chuẩn, người ta đưa ra một loạt các đặc tính axit-bazơ của ete xenlulo. Vì kết quả ngâm tẩm ete xenlulo với toluene/chloroform đã được thử nghiệm trực tiếp nên rất thuyết phục.

Điều này có nghĩa là loại và trọng lượng phân tử của các nhóm thế ảnh hưởng đến tính chất axit-bazơ của ete xenlulo và mối quan hệ giữa hai nhóm thế, hydroxypropyl và hydroxypropylmethyl, đối với tính chất axit-bazơ của ete xenlulo và trọng lượng phân tử hoàn toàn trái ngược nhau. Nhưng nó cũng có thể liên quan đến thực tế là MP là nhóm thế hỗn hợp.

Vì các nhóm thế của MO43 và K8913 khác nhau và có cùng trọng lượng phân tử, ví dụ, nhóm thế trước là hydroxymethyl và nhóm thế sau là hydroxypropyl, nhưng trọng lượng phân tử của cả hai là 100.000, vì vậy điều đó cũng có nghĩa là tiền đề có cùng trọng lượng phân tử Trong các trường hợp, S+ và S- của nhóm hydroxymethyl có thể nhỏ hơn nhóm hydroxypropyl. Nhưng mức độ thay thế cũng có thể xảy ra, vì mức độ thay thế của K8913 là khoảng 3,00, trong khi mức độ thay thế của MO43 chỉ là 1,90.

Vì mức độ thay thế và nhóm thế của K8913 và K9113 là như nhau nhưng chỉ có trọng lượng phân tử là khác nhau nên so sánh giữa hai chất này cho thấy S+ của hydroxypropyl cellulose giảm khi trọng lượng phân tử tăng, còn S- thì ngược lại. .

Từ phần tóm tắt kết quả thử nghiệm năng lượng bề mặt của tất cả các ete xenlulo và các thành phần của chúng, có thể thấy rằng dù là xenlulo hay ete xenlulo, thành phần chính của năng lượng bề mặt của chúng là lực Lifshitz-van der Waals, chiếm khoảng 98% ~ 99%. Hơn nữa, lực Lifshitz-van der Waals của các ete cellulose không ion này (trừ MO43) cũng hầu như lớn hơn lực của cellulose, điều này cho thấy quá trình ether hóa cellulose cũng là một quá trình làm tăng lực Lifshitz-van der Waals. Và những sự gia tăng này dẫn đến năng lượng bề mặt của ete xenlulo lớn hơn năng lượng bề mặt của xenlulo. Hiện tượng này rất thú vị vì các ete xenlulo này thường được sử dụng trong sản xuất chất hoạt động bề mặt. Nhưng dữ liệu rất đáng chú ý, không chỉ vì dữ liệu về mẫu chuẩn tham chiếu được thử nghiệm trong thí nghiệm này cực kỳ phù hợp với giá trị được báo cáo trong tài liệu, mà dữ liệu về mẫu chuẩn tham chiếu cũng cực kỳ phù hợp với giá trị được báo cáo trong tài liệu, vì ví dụ: tất cả các cellulose này SAB của ete nhỏ hơn đáng kể so với cellulose và điều này là do các bazơ Lewis rất lớn của chúng. Dưới tiền đề của cùng một nhóm thế và mức độ thay thế, năng lượng tự do bề mặt của hydroxypropyl cellulose tỷ lệ thuận với trọng lượng phân tử; trong khi năng lượng tự do bề mặt của hydroxypropyl methylcellulose tỷ lệ thuận với mức độ thay thế và tỷ lệ nghịch với trọng lượng phân tử.

Ngoài ra, do ete xenlulo có SLW lớn hơn xenlulo nhưng chúng ta đã biết khả năng phân tán của chúng tốt hơn xenlulo nên có thể coi sơ bộ thành phần chính của SLW cấu thành ete xenlulo không ion phải là lực London.

3. Kết luận

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng loại nhóm thế, mức độ thay thế và trọng lượng phân tử có ảnh hưởng lớn đến năng lượng bề mặt và thành phần của ete cellulose không ion. Và hiệu ứng này dường như có tính đều đặn như sau:

(1) S+ của ete xenlulo không ion nhỏ hơn S-.

(2) Năng lượng bề mặt của ete cellulose không ion bị chi phối bởi lực Lifshitz-van der Waals.

(3) Trọng lượng phân tử và các nhóm thế có ảnh hưởng đến năng lượng bề mặt của ete cellulose không ion, nhưng chủ yếu phụ thuộc vào loại nhóm thế.

(4) Với tiền đề là cùng một nhóm thế và mức độ thay thế, năng lượng tự do bề mặt của hydroxypropyl cellulose tỷ lệ thuận với trọng lượng phân tử; trong khi năng lượng tự do bề mặt của hydroxypropyl methylcellulose tỷ lệ thuận với mức độ thay thế và tỷ lệ nghịch với trọng lượng phân tử.

(5) Quá trình ether hóa cellulose là một quá trình trong đó lực Lifshitz-van der Waals tăng lên và đó cũng là quá trình trong đó độ axit Lewis giảm và độ kiềm Lewis tăng.