آثار البدائل والوزن الجزيئي على الخصائص السطحية للأثير السليلوز غير الأيوني

وفقًا لنظرية التشريب في واشبورن (نظرية الاختراق) ونظرية الجمع بين فان أوس-جود-تشودري (الجمع بين النظرية) وتطبيق تقنية الفتيل العمودي (تقنية فتل العمود) ، فإن العديد من إيثرات السليلوز غير الأيونية ، مثل ميثيل السليلوز. تم اختبار السليلوز وهيدروكسي بروبيل السليلوز وهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز.نظرًا للبدائل المختلفة ودرجات الاستبدال والأوزان الجزيئية لإيثرات السليلوز هذه ، فإن طاقاتها السطحية ومكوناتها تختلف اختلافًا كبيرًا.تُظهر البيانات أن قاعدة لويس لإيثر السليلوز غير الأيوني أكبر من حمض لويس ، والمكون الرئيسي للطاقة الحرة على السطح هو قوة Lifshitz-van der Waals.الطاقة السطحية لهيدروكسي بروبيل وتكوينه أكبر من تلك الموجودة في هيدروكسي ميثيل.تحت فرضية نفس البديل ودرجة الاستبدال ، فإن الطاقة السطحية الخالية من هيدروكسي بروبيل السليلوز تتناسب مع الوزن الجزيئي ؛في حين أن الطاقة السطحية الخالية من هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز تتناسب مع درجة الاستبدال وتتناسب عكسياً مع الوزن الجزيئي.وجدت التجربة أيضًا أن الطاقة السطحية لبديل هيدروكسي بروبيل وهيدروكسي بروبيل ميثيل في إيثر السليلوز غير الأيوني يبدو أنه أكبر من الطاقة السطحية للسليلوز ، وتثبت التجربة أن الطاقة السطحية للسليلوز المختبر وتكوينه. بما يتفق مع الأدبيات.

الكلمات الدالة: إيثرات السليلوز غير الأيونية ؛بدائل ودرجات الاستبدال ؛الوزن الجزيئي الغرامي؛خصائص السطحتكنولوجيا الفتيل

إيثر السليلوز هو فئة كبيرة من مشتقات السليلوز ، والتي يمكن تقسيمها إلى إثيرات أنيونية وكاتيونية وغير أيونية وفقًا للتركيب الكيميائي لبدائل الأثير الخاصة بها.يعتبر إيثر السليلوز أيضًا أحد أقدم المنتجات التي تم البحث عنها وإنتاجها في كيمياء البوليمر.حتى الآن ، تم استخدام إثير السليلوز على نطاق واسع في الطب والنظافة ومستحضرات التجميل وصناعة الأغذية.

على الرغم من أن إثيرات السليلوز ، مثل هيدروكسي ميثيل سلولوز ، هيدروكسي بروبيل سلولوز وهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز ، قد تم إنتاجها صناعيًا ودُرست العديد من خصائصها ، إلا أن طاقتها السطحية وخواصها القلوية التفاعلية لم يتم الإبلاغ عنها حتى الآن.نظرًا لأن معظم هذه المنتجات تُستخدم في بيئة سائلة ، ومن المحتمل أن تؤثر خصائص السطح ، وخاصة خصائص تفاعل القاعدة الحمضية ، على استخدامها ، فمن الضروري جدًا دراسة وفهم الخصائص الكيميائية السطحية لإيثر السليلوز التجاري هذا.

بالنظر إلى سهولة تغيير عينات مشتقات السليلوز مع تغير ظروف التحضير ، تستخدم هذه الورقة المنتجات التجارية كعينات لتوصيف طاقتها السطحية ، وبناءً على ذلك ، تأثير البدائل والأوزان الجزيئية لهذه المنتجات على السطح تمت دراسة الخصائص.

1. الجزء التجريبي

1.1 المواد الخام

أثير السليلوز غير الأيوني المستخدم في التجربة هو نتاجكيما كيميكال كو. ، لتو.لم تخضع العينات لأي معالجة قبل الاختبار.

بالنظر إلى أن مشتقات السليلوز مصنوعة من السليلوز ، فإن الهيكلين متقاربان ، وقد تم الإبلاغ عن خصائص سطح السليلوز في الأدبيات ، لذلك تستخدم هذه الورقة السليلوز كعينة قياسية.كانت عينة السليلوز المستخدمة تحمل الاسم الرمزي C8002 وتم شراؤها منكيما, CN.لم تخضع العينة لأي علاج أثناء الفحص.

الكواشف المستخدمة في التجربة هي: الإيثان ، ثنائي الميثان ، الماء منزوع الأيونات ، فورماميد ، التولوين ، الكلوروفورم.كانت جميع السوائل عبارة عن منتجات نقية تحليليًا باستثناء الماء المتاح تجاريًا.

1.2 الطريقة التجريبية

في هذه التجربة ، تم اعتماد تقنية فتل العمود ، وتم قطع مقطع (حوالي 10 سم) من ماصة قياسية بقطر داخلي 3 مم مثل أنبوب العمود.ضع 200 مجم من عينة المسحوق في أنبوب العمود في كل مرة ، ثم قم برجه لجعله مستويًا وضعه عموديًا في قاع الحاوية الزجاجية التي يبلغ قطرها الداخلي حوالي 3 سم ، بحيث يمكن امتصاص السائل تلقائيًا.قم بوزن 1 مل من السائل المراد اختباره ووضعه في وعاء زجاجي ، وقم بتسجيل وقت الغمر t ومسافة الغمر X في نفس الوقت.تم إجراء جميع التجارب في درجة حرارة الغرفة (25±1°ج).كل بيانات هي متوسط ​​ثلاث تجارب مكررة.

1.3 حساب البيانات التجريبية

الأساس النظري لتطبيق تقنية فتل العمود لاختبار الطاقة السطحية لمواد المسحوق هو معادلة تشريب واشبورن (معادلة اختراق واشبورن).

1.3.1 تحديد نصف القطر الفعال الشعري Reff للعينة المقاسة

عند تطبيق صيغة الغمر في واشبورن ، فإن شرط تحقيق الترطيب الكامل هو cos = 1.هذا يعني أنه عند اختيار سائل للانغماس في مادة صلبة لتحقيق حالة رطبة تمامًا ، يمكننا حساب نصف قطر الشعيرات الدموية الفعال Reff للعينة المقاسة عن طريق اختبار مسافة الغمر والوقت وفقًا لحالة خاصة من صيغة الغمر واشبورن.

1.3.2 حساب قوة Lifshitz-van der Waals للعينة المقاسة

وفقًا لقواعد دمج van Oss-Chaudhury-Good ، العلاقة بين التفاعلات بين السوائل والمواد الصلبة.

1.3.3 حساب القوة القاعدية لحمض لويس للعينات المقاسة

بشكل عام ، يتم تقدير الخصائص الحمضية القاعدية للمواد الصلبة من البيانات المشبعة بالماء والفورماميد.لكن في هذه المقالة ، وجدنا أنه لا توجد مشكلة عند استخدام هذا الزوج من السوائل القطبية لقياس السليلوز ، ولكن في اختبار السليلوز إيثر ، لأن ارتفاع غمر نظام المحلول القطبي للماء / الفورماميد في السليلوز إيثر منخفض جدًا ، مما يجعل تسجيل الوقت صعبًا للغاية.لذلك ، تم اختيار نظام محلول التولوين / الكلوروفورم الذي قدمه Chibowsk.وفقًا لـ Chibowski ، فإن نظام محلول التولوين / الكلوروفورم القطبي هو أيضًا خيار.هذا لأن هذين السائلين لهما حموضة وقلوية خاصة جدًا ، على سبيل المثال ، التولوين ليس له حموضة لويس ، ولا يحتوي الكلوروفورم على قلوية لويس.من أجل الحصول على البيانات التي تم الحصول عليها بواسطة نظام محلول التولوين / الكلوروفورم أقرب إلى نظام المحلول القطبي الموصى به للماء / الفورماميد ، نستخدم هذين النظامين السائلين القطبين لاختبار السليلوز في نفس الوقت ، ثم نحصل على معاملات التمدد أو الانكماش المقابلة قبل التطبيق البيانات التي تم الحصول عليها عن طريق تشريب إيثر السليلوز مع التولوين / الكلوروفورم قريبة من النتائج التي تم الحصول عليها لنظام الماء / فورماميد.نظرًا لأن إثيرات السليلوز مشتقة من السليلوز وهناك بنية متشابهة جدًا بين الاثنين ، فقد تكون طريقة التقدير هذه صالحة.

1.3.4 حساب إجمالي الطاقة الخالية من السطح

2. النتائج والمناقشة

2.1 معيار السليلوز

نظرًا لأن نتائج الاختبار الخاصة بنا على عينات السليلوز القياسية وجدت أن هذه البيانات تتوافق جيدًا مع تلك الواردة في الأدبيات ، فمن المعقول الاعتقاد بأنه يجب أيضًا مراعاة نتائج الاختبار على إثيرات السليلوز.

2.2 نتائج الاختبار ومناقشة الأثير السليلوز

أثناء اختبار الأثير السليلوز ، من الصعب جدًا تسجيل مسافة الغمر والوقت بسبب انخفاض ارتفاع الغمر في الماء والفورماميد.لذلك ، يختار هذا البحث نظام محلول التولوين / الكلوروفورم كحل بديل ، ويقدر حموضة لويس لإيثر السليلوز بناءً على نتائج اختبار الماء / الفورماميد والتولوين / الكلوروفورم على السليلوز والعلاقة النسبية بين نظامي المحلول.والقوة القلوية.

أخذ السليلوز كعينة قياسية ، يتم إعطاء سلسلة من الخصائص الحمضية القاعدية لإيثرات السليلوز.نظرًا لأن نتيجة تشريب إيثر السليلوز بالتولوين / الكلوروفورم يتم اختبارها مباشرة ، فهي مقنعة.

هذا يعني أن النوع والوزن الجزيئي للبدائل يؤثران على الخصائص الحمضية القاعدية لإيثر السليلوز ، والعلاقة بين البدائل ، هيدروكسي بروبيل وهيدروكسي بروبيل ميثيل ، على الخصائص الحمضية القاعدية لإيثر السليلوز والوزن الجزيئي المعاكس تمامًا.ولكن يمكن أن يكون مرتبطًا أيضًا بحقيقة أن النواب بدائل مختلطة.

نظرًا لأن بدائل MO43 و K8913 مختلفة ولها نفس الوزن الجزيئي ، على سبيل المثال ، البديل الأول هو هيدروكسي ميثيل والبديل الأخير هو هيدروكسي بروبيل ، لكن الوزن الجزيئي لكليهما هو 100000 ، لذلك يعني أيضًا أن فرضية من نفس الوزن الجزيئي في ظل هذه الظروف ، قد تكون S + و S- لمجموعة هيدروكسي ميثيل أصغر من مجموعة هيدروكسي بروبيل.لكن درجة الاستبدال ممكنة أيضًا ، لأن درجة الاستبدال لـ K8913 حوالي 3.00 ، في حين أن درجة MO43 هي 1.90 فقط.

نظرًا لأن درجة الاستبدال والبدائل لـ K8913 و K9113 هي نفسها ولكن الوزن الجزيئي فقط مختلف ، فإن المقارنة بين الاثنين تظهر أن S + من هيدروكسي بروبيل السليلوز يتناقص مع زيادة الوزن الجزيئي ، ولكن S- يزيد على العكس..

من ملخص نتائج اختبار الطاقة السطحية لجميع إيثرات السليلوز ومكوناتها ، يمكن ملاحظة أنه سواء كان السليلوز أو الأثير السليلوز ، فإن المكون الرئيسي لطاقتهم السطحية هو قوة Lifshitz-van der Waals ، وهو ما يمثل حوالي 98٪ ~ 99٪.علاوة على ذلك ، فإن قوى Lifshitz-van der Waals الخاصة بإيثرات السليلوز غير الأيونية هذه (باستثناء MO43) هي أيضًا أكبر في الغالب من تلك الموجودة في السليلوز ، مما يشير إلى أن عملية تحويل السليلوز بالإيثر هي أيضًا عملية لزيادة قوى Lifshitz-van der Waals.وتؤدي هذه الزيادات إلى زيادة الطاقة السطحية لإثير السليلوز عن تلك الموجودة في السليلوز.هذه الظاهرة مثيرة للاهتمام للغاية لأن إثيرات السليلوز هذه تستخدم بشكل شائع في إنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي.لكن البيانات جديرة بالملاحظة ، ليس فقط لأن البيانات حول العينة المعيارية المرجعية التي تم اختبارها في هذه التجربة متسقة للغاية مع القيمة المذكورة في الأدبيات ، فإن البيانات حول العينة المعيارية المرجعية متوافقة للغاية مع القيمة المذكورة في الأدبيات ، من أجل مثال: كل هذه السليلوز SAB للإيثرات أصغر بكثير من السليلوز ، وهذا يرجع إلى قواعد لويس الكبيرة جدًا.تحت فرضية نفس البديل ودرجة الاستبدال ، فإن الطاقة السطحية الخالية من هيدروكسي بروبيل السليلوز تتناسب مع الوزن الجزيئي ؛في حين أن الطاقة السطحية الخالية من هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز تتناسب مع درجة الاستبدال وتتناسب عكسياً مع الوزن الجزيئي.

بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن إثيرات السليلوز تحتوي على SLW أكبر من السليلوز ، لكننا نعلم بالفعل أن تشتتها أفضل من السليلوز ، لذلك يمكن اعتبارًا مبدئيًا أن المكون الرئيسي لـ SLW الذي يشكل إيثرات السليلوز غير الأيونية يجب أن يكون قوة لندن.

3 - الخلاصة

أظهرت الدراسات أن نوع البديل ودرجة الاستبدال والوزن الجزيئي لها تأثير كبير على الطاقة السطحية وتكوين إيثر السليلوز غير الأيوني.ويبدو أن هذا التأثير له الانتظام التالي:

(1) S + لإيثر السليلوز غير الأيوني أصغر من S-.

(2) تهيمن قوة Lifshitz-van der Waals على الطاقة السطحية لإيثر السليلوز غير الأيوني.

(3) يؤثر الوزن الجزيئي والبدائل على الطاقة السطحية لإيثرات السليلوز غير الأيونية ، ولكنها تعتمد بشكل أساسي على نوع البدائل.

(4) في ظل فرضية نفس البديل ودرجة الاستبدال ، فإن الطاقة السطحية الخالية من هيدروكسي بروبيل السليلوز تتناسب مع الوزن الجزيئي ؛في حين أن الطاقة السطحية الخالية من هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز تتناسب مع درجة الاستبدال وتتناسب عكسياً مع الوزن الجزيئي.

(5) عملية تحويل السليلوز إلى إيثير هي عملية تزداد فيها قوة Lifshitz-van der Waals ، وهي أيضًا عملية تنخفض فيها حموضة لويس وتزيد قلوية لويس.