Eigenskippen fan kationyske cellulose-etheroplossing

De fertinne oplossing eigenskippen fan in hege lading-tichtens kationyske cellulose ether (KG-30M) by ferskillende pH wearden waarden bestudearre mei in laser ferstruit ynstrumint, út de hydrodynamyske straal (Rh) op ferskillende hoeken, en de woartel gemiddelde fjouwerkante radius fan rotaasje Rg De ferhâlding ta Rh jout oan dat syn foarm ûnregelmjittich is, mar tichtby sfearysk.Dan, mei help fan rheometer, trije konsintrearre oplossings fan kationyske cellulose ethers mei ferskillende lading tichtens waarden studearre yn detail, en de ynfloed fan konsintraasje, pH wearde en syn eigen lading tichtens op syn rheologyske eigenskippen waarden besprutsen.Doe't de konsintraasje ferhege, fermindere de eksponint fan Newton earst en foel dêrnei ôf.Fluktuaasje of sels rebound komt foar, en thixotropic gedrach komt foar by 3% (massafraksje).In matige ladingstichtens is foardielich foar it krijen fan in hegere nul-shear viskositeit, en pH hat net folle ynfloed op syn viskositeit.

kaaiwurden:kationyske cellulose-ether;morfology;nul shear viscosity;rheology

Sellulose-derivaten en har modifisearre funksjonele polymeren binne in protte brûkt op it mêd fan fysiologyske en sanitêre produkten, petrochemicals, medisinen, iten, produkten foar persoanlike fersoarging, ferpakking, ensfh. fermogen, it wurdt in protte brûkt yn deistige gemikaliën, benammen shampoos, en kin de kammenberens fan hier nei shampooing ferbetterje.Tagelyk, fanwege syn goede kompatibiliteit, kin it brûkt wurde yn twa-yn-ien en alles-yn-ien shampoos.It hat ek in goed oanfraachperspektyf en hat de oandacht lutsen fan ferskate lannen.It is rapportearre yn 'e literatuer dat cellulose derivative oplossings fertoane gedrach lykas Newtonian floeistof, pseudoplastic floeistof, thixotropic floeistof en viscoelastic floeistof mei de ferheging fan konsintraasje, mar de morfology, rheology en beynfloedzjende faktoaren fan kationyske cellulose ether yn wetterige oplossing. ûndersyk rapporten.Dit papier rjochtet him op it rheologyske gedrach fan quaternaire ammoniummodifisearre wetterige oplossing fan cellulose, om in referinsje foar praktyske tapassing te jaan.

1. Eksperiminteel diel

1.1 Grûnstoffen

kationyske cellulose-ether (KG-30M, JR-30M, LR-30M);Kanada Dow Chemical Company produkt, levere troch Procter & Gamble Company Kobe R&D Center yn Japan, mjitten troch Vario EL elemintêre analysator (German Elemental Company), de stekproef. 1,9 Meq/g, respektivelik 1,25 Meq/g, 0,7 Meq/g), en it wurdt hifke troch Dútske ALV-5000E laserljocht-ferstrooiingsynstrumint (LLS) mjitten dat it gewicht trochsneed molekulêr gewicht is sawat 1,64×106 g/mol.

1.2 Solution tarieding

It probleem waard suvere troch filtraasje, dialyse en friesdroogjen.Weagje respektivelik in searje fan trije kwantitative samples, en foegje standert bufferoplossing ta mei pH 4.00, 6.86, 9.18 om de fereaske konsintraasje te meitsjen.Om te soargjen dat de samples folslein oplost waarden, waarden alle sample-oplossingen 48 oeren op in magnetyske roerder pleatst foardat it testen.

1.3 Ljocht ferstruit mjitting

Brûk LLS om it gewicht-gemiddelde molekulêre gewicht fan 'e stekproef te mjitten yn' e verdunde wetterige oplossing,, de hydrodynamyske straal en de root-gemiddelde fjouwerkante rotaasjeradius as de twadde Villi-koëffisjint en ferskate hoeken,), en konkludearje dat dizze kationyske cellulose-ether yn is de wetterige oplossing troch syn ferhâlding status.

1.4 Viskositeitsmjitting en rheologysk ûndersyk

De konsintrearre CCE-oplossing waard studearre troch Brookfield RVDV-III+ rheometer, en de ynfloed fan konsintraasje, ladingdichte en pH-wearde op rheologyske eigenskippen lykas sampleviskositeit waard ûndersocht.By hegere konsintraasjes is it nedich om syn thixotropy te ûndersiikjen.

2. Resultaten en diskusje

2.1 Undersyk nei ljochtferstrooiing

Troch syn bysûndere molekulêre struktuer is it dreech om te bestean yn 'e foarm fan ien molekule sels yn in goed oplosmiddel, mar yn' e foarm fan bepaalde stabile micellen, klusters of assosjaasjes.

Doe't de verdunde wetterige oplossing (~ o.1%) fan CCE waard waarnommen mei in polarisearjende mikroskoop, ûnder de eftergrûn fan it swarte krús ortogonale fjild, ferskynden "stjer" ljochte spots en ljochte balken.It wurdt fierder karakterisearre troch ljocht ferstruit, de dynamyske hydrodynamyske straal by ferskillende pH en hoeken, de woartel gemiddelde fjouwerkante radius fan rotaasje en de twadde Villi koeffizient krigen út de Berry diagram steane yn Tab.1. De ferdieling grafyk fan de hydrodynamyske radius funksje krigen by in konsintraasje fan 10-5 is benammen in inkele peak, mar de ferdieling is hiel breed (Fig. 1), wat oanjout dat der molekulêre-nivo ferienings en grutte aggregaten yn it systeem ;D'r binne feroarings, en de Rg / Rb-wearden binne allegear om 0.775 hinne, wat oanjout dat de foarm fan CCE yn oplossing tichtby sfearysk is, mar net regelmjittich genôch.It effekt fan pH op Rb en ​​Rg is net dúdlik.De counterion yn de buffer oplossing ynteraksje mei CCE te beskermjen de lading op syn sydketen en meitsje it krimp, mar it ferskil ferskilt mei it type counterion.Ljochtferstruitmjitting fan opladen polymeren is gefoelich foar krêft-ynteraksje mei lange berik en eksterne ynterferinsje, dus d'r binne bepaalde flaters en beheiningen yn LLS-karakterisaasje.As de massafraksje grutter is as 0,02%, binne d'r meast ûnskiedbere dûbele toppen of sels meardere toppen yn it Rh-ferdielingsdiagram.As de konsintraasje ferheget, nimt Rh ek ta, wat oanjout dat mear makromolekulen ferbûn binne of sels aggregearre binne.Wannear Cao et al.brûkte ljochtferstrooiing om it kopolymer fan carboxymethylcellulose en oerflak-aktive makromeren te bestudearjen, wiene d'r ek ûnskiedbere dûbele peaks, wêrfan ien tusken 30nm en 100nm wie, dy't de formaasje fan micellen op molekulêr nivo fertsjintwurdige, en de oare De pyk Rh is relatyf grut, dat wurdt beskôge as in aggregaat, dat is gelyk oan de resultaten bepaald yn dit papier.

2.2 Undersyk nei rheologysk gedrach

2.2.1 Effekt fan konsintraasje:Meet de skynbere viskositeit fan KG-30M oplossingen mei ferskillende konsintraasjes by ferskillende skuorraten, en neffens de logaritmyske foarm fan 'e macht wet fergeliking foarsteld troch Ostwald-Dewaele, doe't de massa fraksje net mear as 0,7% , en in rige fan rjochte linen mei lineêre korrelaasje koeffizienten grutter as 0,99 waarden krigen.En as de konsintraasje ferheget, nimt de wearde fan Newton's eksponint n ôf (allegear minder as 1), wat in dúdlik pseudoplastyske floeistof toant.Oandreaun troch skuorkrêft begjinne de makromolekulêre keatlingen te ûntwikkeljen en te oriïntearjen, sadat de viskositeit ôfnimt.As de massafraksje grutter is as 0,7%, nimt de lineêre korrelaasjekoëffisjint fan 'e krigen rjochte line ôf (sawat 0,98), en n begjint te fluktuearjen of sels te ferheegjen mei de tanimming fan konsintraasje;doe't de massa fraksje berikt 3% (figuer 2), de tabel De skynbere viscosity earst nimt ta en dan nimt ôf mei de tanimming fan de skuorraten.Dizze searje fan ferskynsels is oars as de rapporten fan oare anionyske en kationyske polymearoplossingen.De n-wearde giet omheech, dat is, it net-Newtoniaanske eigendom wurdt ferswakke;Newtonian floeistof is in taaie floeistof, en intermolecular slippage komt ûnder de aksje fan shear stress, en it kin net weromfûn;non-Newtonian floeistof befettet in werom te heljen elastysk diel en in unrecoverable viskeuze diel.Under de aksje fan skuorspanning komt de ûnomkearbere slip tusken molekulen foar, en tagelyk wurdt, om't de makromolekulen útwreide en rjochte binne mei de skuorre, in werom te heljen elastysk diel foarme.As de eksterne krêft wurdt fuorthelle, de macromolecules oanstriid om werom nei de oarspronklike curled foarm, sa De wearde fan n giet omheech.De konsintraasje bliuwt tanimme om in netwurkstruktuer te foarmjen.As de skuorspanning lyts is, sil it net ferneatige wurde, en sil allinich elastyske ferfoarming foarkomme.Op dit stuit sil de elastisiteit relatyf ferbettere wurde, de viskositeit wurdt ferswakke, en de wearde fan n sil ôfnimme;wylst de skuorspanning wurdt stadichoan tanimmend tidens de mjitting proses, sa n De wearde fluktuearret.As de massafraksje 3% berikt, nimt de skynbere viskositeit earst ta en nimt dan ôf, om't de lytse skuorre de botsing fan makromolekulen befoarderet om grutte aggregaten te foarmjen, sadat de viskositeit ferheget, en de skuorspanning bliuwt de aggregaten brekke., sil de viskositeit wer ôfnimme.

Yn it ûndersyk fan thixotropy, set de snelheid (r / min) om de winske y te berikken, ferheegje de snelheid mei regelmjittige yntervallen oant it de ynstelde wearde berikt, en sakje dan gau fan 'e maksimale snelheid werom nei de begjinwearde om de oerienkommende wearde te krijen De skuorspanning, syn relaasje mei de skuorraten is te sjen yn figuer 3. As de massafraksje minder is as 2,5%, oerlappe de opkommende kromme en de nei ûnderen kromme folslein, mar as de massafraksje 3% is, binne de twa rigels gjin langere oerlaap, en de delgeande line bliuwt efter, wat oanjout op thixotropy.

De tiidôfhinklikens fan skuorspanning is bekend as rheologyske wjerstân.Rheologyske ferset is in karakteristyk gedrach fan viskoelastyske floeistoffen en floeistoffen mei thixotropyske struktueren.It wurdt fûn dat de gruttere y is op deselde massa fraksje, de flugger r berikt lykwicht, en de tiid ôfhinklikens is lytser;by in legere massafraksje (<2%) lit CCE gjin rheologyske ferset sjen.Wannear't de massa fraksje tanimt nei 2,5%, it lit in sterke tiid ôfhinklikheid (figuer 4), en it duorret likernôch 10 minuten foar in berikke lykwicht, wylst op 3,0%, de lykwicht tiid nimt 50 minuten.De goede thixotropy fan it systeem hat befoarderlik foar praktyske tapassing.

2.2.2 It effekt fan ladingstichtens:de logaritmyske foarm fan de Spencer-Dillon empiryske formule wurdt selektearre, wêryn de nul-cut viscosity, b is konstant by deselde konsintraasje en ferskillende temperatuer, en nimt ta mei de tanimming fan konsintraasje by deselde temperatuer.Neffens de macht wet fergeliking oannommen troch Onogi yn 1966, M is de relative molekulêre massa fan it polymeer, A en B binne konstanten, en c is de massa fraksje (%).Fig.5 De trije krommes hawwe dúdlike bûgingspunten om 0,6% hinne, dat is, d'r is in krityske massafraksje.Mear as 0,6%, de nul-shear viscosity ferheget fluch mei de ferheging fan konsintraasje C. De bochten fan de trije samples mei ferskillende lading tichtens binne hiel ticht.Yn tsjinstelling, doe't de massa fraksje is tusken 0,2% en 0,8%, de nul-cut viscosity fan de LR stekproef mei de lytste lading tichtens is de grutste, omdat de wetterstof bond feriening fereasket in bepaald kontakt.Dêrom, de lading tichtens is nau besibbe oan de fraach oft de makromolekulen kinne wurde regele yn in oarderlike en kompakte wize;troch DSC-testen wurdt fûn dat LR in swakke kristallisaasjepiek hat, wat oanjout op in gaadlike ladingstichtens, en de viskositeit fan nul-shear is heger by deselde konsintraasje.Wannear't de massa fraksje is minder as 0,2%, LR is de lytste, om't yn verdunde oplossing, macromolecules mei lege lading tichtens binne mear kâns te foarmjen coil oriïntaasje, sadat de nul-shear viscosity is leech.Dit hat in goede liedende betsjutting yn termen fan verdikkingsprestaasjes.

2.2.3 pH-effekt: Fig.. 6 is it resultaat mjitten op ferskillende pH binnen it berik fan 0,05% oan 2,5% massa fraksje.D'r is in bûgingspunt om 0,45% hinne, mar de trije krommes oerlaapje har hast, wat oanjout dat pH gjin dúdlik effekt hat op de nul-shear-viskositeit, wat hiel oars is as de gefoelichheid fan anionyske cellulose-ether foar pH.

3. Konklúzje

De KG-30M verdunde wetterige oplossing wurdt studearre troch LLS, en de hydrodynamyske radiusferdieling is in inkele pyk.Ut 'e hoeke ôfhinklikens en Rg / Rb ratio, kin ôfliede dat syn foarm is tichtby sferysk, mar net regelmjittich genôch.Foar de CCE-oplossingen mei trije ladingdichtheden nimt de viskositeit ta mei de tanimming fan 'e konsintraasje, mar it jachtnûmer fan 'e Newton n nimt earst ôf, fluktuearret dan en komt sels omheech;pH hat net folle ynfloed op 'e viskositeit, en in matige ladingstichtens kin in hegere viskositeit krije.