خصائص محلول الأثير السليلوز الكاتيوني

تمت دراسة خصائص المحلول المخفف لإيثر السليلوز الكاتيوني عالي الشحنة والكثافة (KG-30M) عند قيم مختلفة من الأس الهيدروجيني باستخدام أداة نثر الليزر، من نصف القطر الهيدروديناميكي (Rh) عند زوايا مختلفة، ومتوسط ​​الجذر التربيعي لنصف قطر الدوران. Rg تشير النسبة إلى Rh إلى أن شكله غير منتظم ولكنه قريب من الكروي.بعد ذلك، وبمساعدة مقياس الجريان، تمت دراسة ثلاثة محاليل مركزة من اثيرات السليلوز الكاتيونية ذات كثافات شحن مختلفة بالتفصيل، وتمت مناقشة تأثير التركيز وقيمة الرقم الهيدروجيني وكثافة الشحنة الخاصة بها على خصائصها الريولوجية.ومع زيادة التركيز، انخفض أس نيوتن أولاً ثم انخفض.يحدث تقلب أو حتى ارتداد، ويحدث سلوك متغير الانسيابية عند 3% (جزء كتلي).تعد كثافة الشحنة المعتدلة مفيدة للحصول على لزوجة أعلى بدون قص، كما أن الرقم الهيدروجيني ليس له تأثير يذكر على اللزوجة.

الكلمات الدالة:الأثير السليلوز الكاتيوني;علم التشكل المورفولوجيا؛لزوجة القص صفر؛الريولوجيا

تم استخدام مشتقات السليلوز وبوليمراتها الوظيفية المعدلة على نطاق واسع في مجالات المنتجات الفسيولوجية والصحية، والبتروكيماويات، والأدوية، والمواد الغذائية، ومنتجات العناية الشخصية، والتعبئة والتغليف، وما إلى ذلك. ويرجع إثير السليلوز الكاتيوني القابل للذوبان في الماء (CCE) إلى سماكته القوية. القدرة، ويستخدم على نطاق واسع في المواد الكيميائية اليومية، وخاصة الشامبو، ويمكن أن يحسن تمشيط الشعر بعد غسل الشعر بالشامبو.وفي الوقت نفسه، وبسبب توافقه الجيد، يمكن استخدامه في شامبو اثنين في واحد وشامبو الكل في واحد.كما أن لديها إمكانية تطبيق جيدة وقد جذبت انتباه مختلف البلدان.لقد ورد في الأدبيات أن المحاليل المشتقة من السليلوز تظهر سلوكيات مثل السائل النيوتوني، والسائل الكاذب، والسائل المتغير الانسيابية، والسائل اللزج المرن مع زيادة التركيز، ولكن التشكل والريولوجيا والعوامل المؤثرة لإثير السليلوز الكاتيوني في المحلول المائي هناك عدد قليل منها. التقارير البحثية.تركز هذه الورقة على السلوك الريولوجي للمحلول المائي السليلوز المعدل بالأمونيوم الرباعي، وذلك لتوفير مرجع للتطبيق العملي.

1. الجزء التجريبي

1.1 المواد الخام

إيثر السليلوز الكاتيوني (KG-30M، JR-30M، LR-30M)؛منتج شركة Dow Chemical Company الكندية، مقدم من مركز Kobe R&D التابع لشركة Procter & Gamble في اليابان، ويتم قياسه بواسطة محلل العناصر Vario EL (شركة Elemental الألمانية)، العينة محتوى النيتروجين هو 2.7%، 1.8%، 1.0% على التوالي (كثافة الشحنة هي 1.9 Meq/g، 1.25 Meq/g، 0.7 Meq/g على التوالي)، ويتم اختباره بواسطة أداة تشتيت ضوء الليزر الألمانية ALV-5000E (LLS) بقياس وزنه، ويبلغ متوسط ​​الوزن الجزيئي حوالي 1.64×106 جرام/مول.

1.2 إعداد الحل

تمت تنقية العينة عن طريق الترشيح وغسيل الكلى والتجفيف بالتجميد.وزن سلسلة من ثلاث عينات كمية على التوالي، وإضافة محلول عازل قياسي مع درجة الحموضة 4.00، 6.86، 9.18 لإعداد التركيز المطلوب.من أجل ضمان إذابة العينات بالكامل، تم وضع جميع محاليل العينات على محرك مغناطيسي لمدة 48 ساعة قبل الاختبار.

1.3 قياس تشتت الضوء

استخدم LLS لقياس متوسط ​​الوزن الجزيئي للعينة في محلول مائي مخفف، ونصف القطر الهيدروديناميكي والجذر يعني مربع نصف قطر الدوران عند معامل الزغب الثاني وزوايا مختلفة،)، واستنتج أن هذا الأثير السليلوز الكاتيوني موجود في المحلول المائي حسب حالته النسبية.

1.4 قياس اللزوجة والتحقيق الريولوجي

تمت دراسة محلول CCE المركز بواسطة مقياس ريومتر Brookfield RVDV-III+، وتم دراسة تأثير التركيز وكثافة الشحنة وقيمة الرقم الهيدروجيني على الخواص الريولوجية مثل لزوجة العينة.بتركيزات أعلى، فمن الضروري التحقيق في متغيرة الانسيابية.

2. النتائج والمناقشة

2.1 بحث حول تشتت الضوء

نظرًا لبنيتها الجزيئية الخاصة، فمن الصعب أن تتواجد على شكل جزيء واحد حتى في مذيب جيد، ولكن على شكل مذيلات أو مجموعات أو روابط معينة مستقرة.

عندما تمت ملاحظة المحلول المائي المخفف (حوالي 0.1٪) من CCE باستخدام مجهر مستقطب، تحت خلفية المجال المتعامد الأسود، ظهرت بقع مضيئة "نجمية" وأشرطة ساطعة.ويتميز أيضًا بتشتت الضوء، ونصف القطر الهيدروديناميكي الديناميكي عند درجة حموضة وزوايا مختلفة، وجذر متوسط ​​نصف قطر الدوران ومعامل الزغب الثاني الذي تم الحصول عليه من مخطط بيري مدرج في علامة التبويب.1. الرسم البياني لتوزيع دالة نصف القطر الهيدروديناميكية الذي تم الحصول عليه بتركيز 10-5 هو في الأساس ذروة واحدة، لكن التوزيع واسع جدًا (الشكل 1)، مما يشير إلى وجود ارتباطات على المستوى الجزيئي ومجاميع كبيرة في النظام ;هناك تغييرات، وقيم Rg/Rb تبلغ حوالي 0.775، مما يشير إلى أن شكل CCE في المحلول قريب من الشكل الكروي، ولكنه ليس منتظمًا بدرجة كافية.تأثير الرقم الهيدروجيني على Rb وRg ليس واضحا.يتفاعل الأيون المضاد الموجود في المحلول المنظم مع CCE لحماية الشحنة الموجودة على سلسلته الجانبية ويجعلها تتقلص، لكن الفرق يختلف باختلاف نوع الأيون المضاد.يكون قياس تشتت الضوء للبوليمرات المشحونة عرضة لتفاعل القوة بعيد المدى والتداخل الخارجي، لذلك هناك بعض الأخطاء والقيود في توصيف LLS.عندما يكون الجزء الكتلي أكبر من 0.02%، تكون هناك في الغالب قمم مزدوجة غير قابلة للفصل أو حتى قمم متعددة في مخطط توزيع Rh.مع زيادة التركيز، يزيد أيضًا عامل Rh، مما يشير إلى أن المزيد من الجزيئات الكبيرة مرتبطة أو حتى مجمعة.عندما تساو وآخرون.تم استخدام تشتت الضوء لدراسة البوليمر المشترك من كربوكسي ميثيل السليلوز والماكرومرات النشطة سطحيًا، وكانت هناك أيضًا قمم مزدوجة غير قابلة للفصل، كانت إحداها بين 30 نانومتر و100 نانومتر، مما يمثل تكوين المذيلات على المستوى الجزيئي، والأخرى ذروة Rh نسبيًا كبيرة، والتي تعتبر إجمالية، وهي مشابهة للنتائج المحددة في هذه الورقة.

2.2 بحث عن السلوك الريولوجي

2.2.1 تأثير التركيز:قياس اللزوجة الظاهرية لمحاليل KG-30M بتراكيز مختلفة وبمعدلات قص مختلفة، وحسب الشكل اللوغاريتمي لمعادلة قانون القوى التي اقترحها أوستفالد-ديويل، عندما لا يتجاوز الكسر الكتلي 0.7%، وسلسلة من الخطوط المستقيمة مع معاملات الارتباط الخطي أكبر من 0.99 تم الحصول عليها.ومع زيادة التركيز، تنخفض قيمة أس نيوتن n (جميعها أقل من 1)، مما يظهر سائلًا كاذبًا واضحًا.مدفوعة بقوة القص، تبدأ السلاسل الجزيئية الكبيرة في التفكك والتوجيه، وبالتالي تنخفض اللزوجة.عندما يكون جزء الكتلة أكبر من 0.7٪، فإن معامل الارتباط الخطي للخط المستقيم الذي تم الحصول عليه يتناقص (حوالي 0.98)، ويبدأ n في التقلب أو حتى الارتفاع مع زيادة التركيز؛عندما يصل جزء الكتلة إلى 3% (الشكل 2)، الجدول تزداد اللزوجة الظاهرة أولاً ثم تتناقص مع زيادة معدل القص.تختلف هذه السلسلة من الظواهر عن تقارير محاليل البوليمر الأنيونية والكاتيونية الأخرى.ترتفع القيمة n، أي تضعف الخاصية غير النيوتونية؛السائل النيوتوني هو سائل لزج، ويحدث الانزلاق بين الجزيئات تحت تأثير إجهاد القص، ولا يمكن استعادته؛يحتوي السائل غير النيوتوني على جزء مرن قابل للاسترداد وجزء لزج غير قابل للاسترداد.تحت تأثير إجهاد القص، يحدث انزلاق لا رجعة فيه بين الجزيئات، وفي الوقت نفسه، نظرًا لتمدد الجزيئات الكبيرة وتوجيهها مع القص، يتم تشكيل جزء مرن قابل للاسترداد.عند إزالة القوة الخارجية، تميل الجزيئات الكبيرة إلى العودة إلى الشكل الأصلي الملتف، وبالتالي ترتفع قيمة n.يستمر التركيز في الزيادة لتشكيل هيكل الشبكة.عندما يكون إجهاد القص صغيرًا، لن يتم تدميره، وسيحدث تشوه مرن فقط.في هذا الوقت، سيتم تعزيز المرونة نسبيًا، وسيتم إضعاف اللزوجة، وستنخفض قيمة n؛بينما يتزايد إجهاد القص تدريجياً أثناء عملية القياس، فتتقلب القيمة.عندما يصل جزء الكتلة إلى 3%، تزداد اللزوجة الظاهرة أولاً ثم تنخفض، لأن القص الصغير يعزز تصادم الجزيئات الكبيرة لتكوين مجاميع كبيرة، وبالتالي ترتفع اللزوجة، ويستمر إجهاد القص في تكسير الركام.، ستنخفض اللزوجة مرة أخرى.

في دراسة الانسيابية، اضبط السرعة (r/min) للوصول إلى y المطلوبة، وقم بزيادة السرعة على فترات منتظمة حتى تصل إلى القيمة المحددة، ثم انزل سريعًا من السرعة القصوى مرة أخرى إلى القيمة الأولية للحصول على القيمة المقابلة يظهر الشكل 3 إجهاد القص وعلاقته بمعدل القص. عندما يكون جزء الكتلة أقل من 2.5%، فإن المنحنى الصاعد والمنحنى الهبوطي يتداخلان تمامًا، ولكن عندما يكون كسر الكتلة 3%، فإن الخطين لا تداخل أطول، والخط السفلي يتخلف، مما يشير إلى تغير الانسيابية.

يُعرف الاعتماد الزمني لإجهاد القص بالمقاومة الريولوجية.المقاومة الريولوجية هي سلوك مميز للسوائل اللزجة والسوائل ذات الهياكل المتغيرة الانسيابية.لقد وجد أنه كلما كانت y أكبر عند نفس الكسر الكتلي، كلما وصلت r إلى التوازن بشكل أسرع، وكان الاعتماد على الوقت أصغر؛عند نسبة كتلة أقل (<2%)، لا تظهر CCE مقاومة انسيابية.عندما يزيد جزء الكتلة إلى 2.5%، فإنه يظهر اعتماداً قوياً على الوقت (الشكل 4)، ويستغرق حوالي 10 دقائق للوصول إلى التوازن، بينما عند 3.0%، يستغرق وقت التوازن 50 دقيقة.إن الانسيابية الجيدة للنظام تساعد على التطبيق العملي.

2.2.2 تأثير كثافة الشحنة:يتم اختيار الصيغة اللوغاريتمية للصيغة التجريبية سبنسر-ديلون، والتي تكون فيها اللزوجة الصفرية، b ثابتة عند نفس التركيز ودرجة حرارة مختلفة، وتزداد مع زيادة التركيز عند نفس درجة الحرارة.وفقًا لمعادلة قانون الطاقة التي اعتمدها أونوجي في عام 1966، M هي الكتلة الجزيئية النسبية للبوليمر، A وB ثابتان، وc هو جزء الكتلة (٪).تين.5 المنحنيات الثلاثة لها نقاط انعطاف واضحة تبلغ حوالي 0.6%، أي أن هناك جزءًا حرجًا من الكتلة.أكثر من 0.6%، تزداد اللزوجة الصفرية بسرعة مع زيادة التركيز C. منحنيات العينات الثلاث ذات كثافات الشحن المختلفة قريبة جدًا.في المقابل، عندما يتراوح جزء الكتلة بين 0.2% و0.8%، تكون اللزوجة الصفرية لعينة LR ذات أصغر كثافة للشحنة هي الأكبر، لأن ارتباط رابطة الهيدروجين يتطلب اتصالًا معينًا.ولذلك، فإن كثافة الشحنة ترتبط ارتباطًا وثيقًا بما إذا كان من الممكن ترتيب الجزيئات الكبيرة بطريقة منظمة ومدمجة؛من خلال اختبار DSC، وجد أن LR لديه ذروة تبلور ضعيفة، مما يشير إلى كثافة شحنة مناسبة، واللزوجة الصفرية أعلى عند نفس التركيز.عندما يكون جزء الكتلة أقل من 0.2%، يكون LR هو الأصغر، لأنه في المحلول المخفف، من المرجح أن تشكل الجزيئات الكبيرة ذات كثافة الشحن المنخفضة اتجاه الملف، وبالتالي تكون اللزوجة الصفرية منخفضة.وهذا له أهمية توجيهية جيدة من حيث أداء سماكة.

2.2.3 تأثير الرقم الهيدروجيني: الشكل 6 هو النتيجة المقاسة عند درجة حموضة مختلفة ضمن نطاق 0.05% إلى 2.5% من الكتلة.هناك نقطة انعطاف تبلغ حوالي 0.45%، لكن المنحنيات الثلاثة تتداخل تقريبًا، مما يشير إلى أن الرقم الهيدروجيني ليس له تأثير واضح على لزوجة القص الصفرية، والتي تختلف تمامًا عن حساسية إيثر السليلوز الأنيوني للأس الهيدروجيني.

3 - الخلاصة

تتم دراسة المحلول المائي المخفف KG-30M بواسطة LLS، ويكون توزيع نصف القطر الهيدروديناميكي الذي تم الحصول عليه بمثابة قمة واحدة.ومن الاعتماد على الزاوية ونسبة Rg/Rb، يمكن استنتاج أن شكلها قريب من الكروي، لكنه ليس منتظماً بدرجة كافية.بالنسبة لحلول CCE ذات ثلاث كثافات شحن، تزداد اللزوجة مع زيادة التركيز، لكن رقم صيد نيوتن n يتناقص أولاً، ثم يتقلب بل ويرتفع؛الأس الهيدروجيني له تأثير ضئيل على اللزوجة، ويمكن أن تؤدي كثافة الشحنة المعتدلة إلى الحصول على لزوجة أعلى.