Katioonse tsellulooseetri lahuse omadused

Suure laengutihedusega katioonse tselluloosi eetri (KG-30M) lahjendatud lahuse omadusi erinevate pH väärtuste juures uuriti laserhajutusinstrumendiga hüdrodünaamilise raadiuse (Rh) erinevate nurkade all ja pöörlemise ruutkeskmise raadiuse järgi. Rg Suhe Rh-sse järeldab, et selle kuju on ebakorrapärane, kuid lähedane sfäärilisele.Seejärel uuriti reomeetri abil üksikasjalikult kolme erineva laengutihedusega katioonsete tsellulooseetri kontsentreeritud lahust ning käsitleti kontsentratsiooni, pH väärtuse ja enda laengutiheduse mõju selle reoloogilistele omadustele.Kontsentratsiooni suurenedes Newtoni eksponent esmalt vähenes ja seejärel vähenes.Toimub kõikumine või isegi tagasilöök ja tiksotroopne käitumine esineb 3% juures (massiosa).Mõõdukas laengutihedus on kasulik kõrgema null-nihkeviskoossuse saavutamiseks ja pH mõjutab selle viskoossust vähe.

Võtmesõnad:katioonne tsellulooseeter;morfoloogia;nullnihke viskoossus;reoloogia

Tselluloosi derivaate ja nende modifitseeritud funktsionaalseid polümeere on laialdaselt kasutatud füsioloogiliste ja sanitaartoodete, naftakeemiatoodete, meditsiini, toidu, isikliku hügieeni toodete, pakendite jms valdkonnas. Vees lahustuv katioonne tsellulooseeter (CCE) on tingitud selle tugevast paksenemisest. võime, seda kasutatakse laialdaselt igapäevastes kemikaalides, eriti šampoonides, ja see võib parandada juuste kammitavust pärast šampooniga pesemist.Samas saab seda hea ühilduvuse tõttu kasutada nii kaks-ühes kui ka kõik-ühes šampoonides.Sellel on ka hea rakendusvõimalus ja see on äratanud erinevate riikide tähelepanu.Kirjanduses on teatatud, et tselluloosi derivaatide lahustel on kontsentratsiooni suurenemisega käitumine nagu Newtoni vedelik, pseudoplastiline vedelik, tiksotroopne vedelik ja viskoelastne vedelik, kuid katioonse tselluloosi eetri morfoloogia, reoloogia ja mõjutegurid vesilahuses on vähe. uurimisaruanded.See artikkel keskendub kvaternaarse ammooniumiga modifitseeritud tselluloosi vesilahuse reoloogilisele käitumisele, et pakkuda praktilist rakendust.

1. Eksperimentaalne osa

1.1 Tooraine

Katioonne tsellulooseeter (KG-30M, JR-30M, LR-30M);Kanada Dow Chemical Company toode, mida pakub Procter & Gamble Company Kobe uurimis- ja arenduskeskus Jaapanis, mõõdetud Vario EL elemendianalüsaatoriga (German Elemental Company), proov Lämmastikusisaldus on vastavalt 2,7%, 1,8%, 1,0% (laengu tihedus on vastavalt 1,9 Meq/g, 1,25 Meq/g, 0,7 Meq/g) ja seda testiti Saksa ALV-5000E laservalguse hajutamisseadmega (LLS), mille massi keskmine molekulmass on umbes 1,64.×106 g/mol.

1.2 Lahuse valmistamine

Proov puhastati filtreerimise, dialüüsi ja külmkuivatamisega.Kaaluge vastavalt kolmest kvantitatiivsest proovist koosnev seeria ja lisage nõutava kontsentratsiooni valmistamiseks standardpuhverlahus pH-ga 4,00, 6,86, 9,18.Proovide täieliku lahustumise tagamiseks asetati kõik proovilahused enne testimist 48 tunniks magnetsegistile.

1.3 Valguse hajumise mõõtmine

Kasutage LLS-i, et mõõta proovi kaalukeskmist molekulmassi lahjendatud vesilahuses, hüdrodünaamilist raadiust ja pöörde keskmist ruutraadiust, kui teine ​​Villi koefitsient ja erinevad nurgad) ning järeldada, et see katioonne tsellulooseeter on vesilahus suhte staatuse järgi.

1.4 Viskoossuse mõõtmine ja reoloogiline uurimine

Kontsentreeritud CCE lahust uuriti Brookfield RVDV-III+ reomeetriga ning uuriti kontsentratsiooni, laengutiheduse ja pH väärtuse mõju reoloogilistele omadustele, nagu proovi viskoossus.Suuremate kontsentratsioonide korral on vaja uurida selle tiksotroopiat.

2. Tulemused ja arutelu

2.1 Valguse hajumise uurimine

Oma erilise molekulaarstruktuuri tõttu on isegi heas lahustis raske eksisteerida üksiku molekulina, vaid teatud stabiilsete mitsellide, klastrite või ühendustena.

Kui polariseeriva mikroskoobiga vaadeldi CCE lahjendatud vesilahust (~ o, 1%), ilmusid musta risti ortogonaalvälja taustal "tähe" heledad laigud ja heledad ribad.Seda iseloomustab lisaks valguse hajumine, dünaamiline hüdrodünaamiline raadius erinevate pH-de ja nurkade korral, pöörlemise ruutkeskmine raadius ja teine ​​Villi koefitsient, mis on saadud Berry diagrammist, on loetletud Tab.1. Kontsentratsioonil 10-5 saadud hüdrodünaamilise raadiusfunktsiooni jaotusgraafik on põhiliselt üks tipp, kuid jaotus on väga lai (joon. 1), mis näitab, et süsteemis on molekulaarseid assotsiatsioone ja suuri agregaate. ;On muudatusi ja Rg / Rb väärtused on kõik umbes 0, 775, mis näitab, et CCE kuju lahuses on lähedane sfäärilisele, kuid mitte piisavalt korrapärane.PH mõju Rb-le ja Rg-le ei ole ilmne.Puhverlahuses olev vastasioon interakteerub CCE-ga, et kaitsta selle külgahela laengut ja panna see kahanema, kuid erinevus sõltub vastasiooni tüübist.Laetud polümeeride valguse hajumise mõõtmine on vastuvõtlik kaugjõudude interaktsioonile ja välistele häiretele, seega on LLS-i iseloomustamisel teatud vead ja piirangud.Kui massiosa on suurem kui 0,02%, on Rh jaotusdiagrammis enamasti lahutamatud topeltpiigid või isegi mitu piiki.Kui kontsentratsioon suureneb, suureneb ka Rh, mis näitab, et rohkem makromolekule on seotud või isegi agregeerunud.Kui Cao et al.kasutas valguse hajumist karboksümetüültselluloosi ja pindaktiivsete makromeeride kopolümeeri uurimiseks, seal olid ka lahutamatud topeltpiigid, millest üks oli vahemikus 30 nm kuni 100 nm, mis esindab mitsellide teket molekulaarsel tasemel ja teine ​​Piik Rh on suhteliselt suur, mida peetakse agregaadiks, mis on sarnane käesolevas töös määratud tulemustega.

2.2 Reoloogilise käitumise uurimine

2.2.1 Kontsentratsiooni mõju:Mõõtke erineva kontsentratsiooniga KG-30M lahuste näiv viskoossus erinevatel nihkekiirustel ja vastavalt Ostwald-Dewaele pakutud võimsusseaduse võrrandi logaritmilisele kujule, kui massiosa ei ületa 0,7% ja sirgjoonte seeriat. saadi lineaarsete korrelatsioonikordajatega üle 0,99.Ja kui kontsentratsioon suureneb, väheneb Newtoni eksponendi n väärtus (kõik on alla 1), mis näitab ilmset pseudoplastilist vedelikku.Nihkejõu mõjul hakkavad makromolekulaarsed ahelad lahti hargnema ja orienteeruma, mistõttu viskoossus väheneb.Kui massiosa on suurem kui 0,7%, siis saadud sirge lineaarne korrelatsioonikordaja väheneb (umbes 0,98) ja n hakkab kontsentratsiooni suurenedes kõikuma või isegi tõusma;kui massiosa jõuab 3%-ni (joonis 2), siis tabel Näivviskoossus esmalt suureneb ja seejärel nihkekiiruse suurenedes väheneb.See nähtuste seeria erineb teiste anioonsete ja katioonsete polümeerilahuste aruannetest.N väärtus tõuseb, see tähendab, et mitte-Newtoni omadus nõrgeneb;Newtoni vedelik on viskoosne vedelik ja molekulidevaheline libisemine toimub nihkepinge toimel ja seda ei saa taastada;mitte-Newtoni vedelik sisaldab taastuvat elastset osa ja taastumatut viskoosset osa.Nihkepinge toimel tekib molekulide vahel pöördumatu libisemine ning samal ajal, kuna makromolekulid on venitatud ja nihkega orienteeritud, tekib taastuv elastne osa.Välise jõu eemaldamisel kipuvad makromolekulid naasma algsele kõverdunud kujule, nii et n väärtus tõuseb.Kontsentratsioon kasvab jätkuvalt, moodustades võrgustruktuuri.Kui nihkepinge on väike, ei hävine see ja toimub ainult elastne deformatsioon.Sel ajal on elastsus suhteliselt suurem, viskoossus nõrgeneb ja n väärtus väheneb;samal ajal kui nihkepinge suureneb mõõtmisprotsessi ajal järk-järgult, nii et n Väärtus kõigub.Kui massifraktsioon jõuab 3% -ni, näivviskoossus esmalt suureneb ja seejärel väheneb, kuna väike nihkejõud soodustab makromolekulide kokkupõrget suurte agregaatide moodustamiseks, mistõttu viskoossus tõuseb ja nihkepinge jätkab agregaatide lõhkumist., viskoossus jälle väheneb.

Tiksotroopia uurimisel seadke kiirus (r/min) soovitud y-ni jõudmiseks, suurendage kiirust korrapäraste ajavahemike järel, kuni see saavutab seatud väärtuse, ja seejärel langetage vastava kiiruse saamiseks kiiresti maksimaalselt kiiruselt tagasi algväärtusele. Nihkepinge, selle seos nihkekiirusega on näidatud joonisel 3. Kui massiosa on alla 2,5%, siis ülespoole suunatud ja allapoole suunatud kõver kattuvad täielikult, kuid kui massiosa on 3%, siis kaks joont nr. pikem kattumine ja allapoole suunatud joon jääb maha, mis näitab tiksotroopiat.

Nihkepinge sõltuvust ajast tuntakse kui reoloogilist takistust.Reoloogiline vastupidavus on viskoelastsete vedelike ja tiksotroopse struktuuriga vedelike iseloomulik käitumine.On leitud, et mida suurem y on sama massiosa juures, seda kiiremini r saavutab tasakaalu ja ajasõltuvus on väiksem;väiksema massifraktsiooni korral (<2%) ei näita CCE reoloogilist vastupidavust.Kui massifraktsioon suureneb 2,5%-ni, näitab see tugevat ajasõltuvust (joonis 4) ja tasakaalu saavutamiseks kulub umbes 10 minutit, 3,0% juures aga 50 minutit.Süsteemi hea tiksotroopia on soodustanud praktilist rakendamist.

2.2.2 Laengu tiheduse mõju:valitakse Spencer-Dilloni empiirilise valemi logaritmiline vorm, milles null-viskoossus b on samal kontsentratsioonil ja erineval temperatuuril konstantne ning suureneb kontsentratsiooni suurenemisega samal temperatuuril.Onogi poolt 1966. aastal vastu võetud võimsusseaduse võrrandi kohaselt on M polümeeri suhteline molekulmass, A ja B on konstandid ning c on massiosa (%).Joonis fig.5 Kolmel kõveral on ilmsed käändepunktid umbes 0,6%, see tähendab, et on olemas kriitiline massiosa.Rohkem kui 0,6%, suureneb null-nihke viskoossus kiiresti koos kontsentratsiooni C suurenemisega. Kolme erineva laengutihedusega proovi kõverad on väga lähedased.Seevastu kui massifraktsioon on vahemikus 0, 2% kuni 0, 8%, on väikseima laengutihedusega LR proovi null-viskoossus suurim, kuna vesiniksideme assotsiatsioon nõuab teatud kontakti.Seetõttu on laengutihedus tihedalt seotud sellega, kas makromolekule saab paigutada korrapäraselt ja kompaktselt;DSC testimise abil leiti, et LR-il on nõrk kristallisatsioonipiik, mis näitab sobivat laengutihedust, ja null-nihke viskoossus on samal kontsentratsioonil suurem.Kui massifraktsioon on alla 0,2%, on LR väikseim, kuna lahjendatud lahuses moodustavad väikese laengutihedusega makromolekulid tõenäolisemalt mähise orientatsiooni, seega on null-nihke viskoossus madal.Sellel on paksendamise jõudluse seisukohalt hea suunav tähtsus.

2.2.3 pH mõju: Joonisel fig 6 on mõõdetud tulemus erinevate pH-de juures vahemikus 0,05 kuni 2,5 massiprotsenti.Käändepunkt on umbes 0,45%, kuid kolm kõverat peaaegu kattuvad, mis näitab, et pH-l ei ole ilmset mõju null-nihke viskoossusele, mis on üsna erinev anioonse tsellulooseetri tundlikkusest pH suhtes.

3. Järeldus

KG-30M lahjendatud vesilahust uurib LLS ja saadud hüdrodünaamiline raadiuse jaotus on üks piik.Nurga sõltuvusest ja Rg/Rb suhtest võib järeldada, et selle kuju on sfäärilisele lähedane, kuid mitte piisavalt korrapärane.Kolme laengutihedusega CCE lahuste puhul suureneb viskoossus kontsentratsiooni suurenedes, kuid Newtoni jahtimisarv n esmalt väheneb, seejärel kõigub ja isegi tõuseb;PH mõjutab viskoossust vähe ja mõõduka laengutihedusega võib saada suurema viskoossuse.