Propiedades da solución de éter de celulosa catiónica

As propiedades da solución diluída dun éter de celulosa catiónica de alta densidade (KG-30M) a diferentes valores de pH foron estudadas cun instrumento de dispersión láser, a partir do raio hidrodinámico (Rh) en diferentes ángulos, e do raio cadrado medio de rotación. Rg A relación con Rh deduce que a súa forma é irregular pero próxima á esférica.Despois, coa axuda do reómetro, estudáronse en detalle tres disolucións concentradas de éteres de celulosa catiónico con diferentes densidades de carga, e comentouse a influencia da concentración, o valor do pH e a súa propia densidade de carga nas súas propiedades reolóxicas.A medida que aumentaba a concentración, o expoñente de Newton primeiro diminuíu e despois diminuíu.Prodúcese fluctuación ou mesmo rebote, e o comportamento tixotrópico prodúcese ao 3% (fracción de masa).Unha densidade de carga moderada é beneficiosa para obter unha viscosidade de cizalla cero máis alta, e o pH ten pouco efecto sobre a súa viscosidade.

Palabras clave:éter catiónico de celulosa;morfoloxía;viscosidade de corte cero;reoloxía

Os derivados de celulosa e os seus polímeros funcionais modificados foron moi utilizados nos campos dos produtos fisiolóxicos e sanitarios, petroquímicos, medicamentos, alimentos, produtos de coidado persoal, envases, etc. O éter de celulosa catiónico soluble en auga (CCE) débese ao seu forte espesamento. Capacidade, é amplamente utilizado en produtos químicos diarios, especialmente xampús, e pode mellorar a peiteabilidade do cabelo despois do xampú.Ao mesmo tempo, pola súa boa compatibilidade, pódese usar en xampús dous en un e todo en un.Tamén ten unha boa perspectiva de aplicación e chamou a atención de varios países.Na literatura informouse de que as solucións de derivados de celulosa presentan comportamentos como fluído newtoniano, fluído pseudoplástico, fluído tixotrópico e fluído viscoelástico co aumento da concentración, pero a morfoloxía, a reoloxía e os factores de influencia do éter de celulosa catiónico en solución acuosa son poucos. informes de investigación.Este traballo céntrase no comportamento reolóxico da solución acuosa de celulosa modificada con amonio cuaternario, co fin de proporcionar unha referencia para a súa aplicación práctica.

1. Parte experimental

1.1 Materias primas

Éter de celulosa catiónico (KG-30M, JR-30M, LR-30M);Produto de Canada Dow Chemical Company, proporcionado por Procter & Gamble Company Kobe R&D Center en Xapón, medido polo analizador elemental Vario EL (German Elemental Company), a mostra O contido de nitróxeno é 2,7%, 1,8%, 1,0% respectivamente (a densidade de carga é 1,9 Meq/g, 1,25 Meq/g, 0,7 Meq/g respectivamente), e é probado polo alemán ALV-5000E Light Scattering Instrument (LLS) medido o seu peso molecular medio é de aproximadamente 1,64×106 g/mol.

1.2 Preparación da solución

A mostra purificouse por filtración, diálise e liofilización.Pesar unha serie de tres mostras cuantitativas respectivamente e engadir unha solución tampón estándar con pH 4,00, 6,86, 9,18 para preparar a concentración requirida.Para asegurarse de que as mostras estivesen totalmente disoltas, todas as solucións da mostra colocáronse nun axitador magnético durante 48 horas antes da proba.

1.3 Medición da dispersión da luz

Use LLS para medir o peso molecular medio da mostra en solución acuosa diluída, o radio hidrodinámico e o raio cadrado medio de rotación cando o segundo coeficiente de Villi e diferentes ángulos, e inferir que este éter de celulosa catiónico está en a disolución acuosa polo seu estado de proporción.

1.4 Medición da viscosidade e investigación reolóxica

A solución concentrada de CCE foi estudada polo reómetro Brookfield RVDV-III+ e investigouse a influencia da concentración, densidade de carga e valor do pH nas propiedades reolóxicas como a viscosidade da mostra.En concentracións máis altas, é necesario investigar a súa tixotropía.

2. Resultados e discusión

2.1 Investigación sobre a dispersión da luz

Debido á súa especial estrutura molecular, é difícil que exista en forma dunha soa molécula mesmo nun bo disolvente, pero en forma de certas micelas, grupos ou asociacións estables.

Cando se observou a solución acuosa diluída (~o,1%) de CCE cun microscopio polarizador, baixo o fondo do campo ortogonal de cruz negra, apareceron puntos brillantes "estrela" e barras brillantes.Caracterízase ademais pola dispersión da luz, o radio hidrodinámico dinámico a diferentes pH e ángulos, o raio cadrado medio de rotación e o segundo coeficiente de Villi obtido a partir do diagrama de Berry están listados na Tab.1. A gráfica de distribución da función de radio hidrodinámica obtida nunha concentración de 10-5 é principalmente un único pico, pero a distribución é moi ampla (Fig. 1), o que indica que existen asociacións a nivel molecular e grandes agregados no sistema. ;Hai cambios, e os valores Rg/Rb están en torno a 0,775, o que indica que a forma do CCE en solución é próxima á esférica, pero non o suficientemente regular.O efecto do pH sobre Rb e Rg non é obvio.O contraión da solución tampón interactúa co CCE para protexer a carga na súa cadea lateral e facelo encoller, pero a diferenza varía segundo o tipo de contraión.A medición da dispersión da luz dos polímeros cargados é susceptible á interacción de forzas de longo alcance e á interferencia externa, polo que hai certos erros e limitacións na caracterización LLS.Cando a fracción de masa é superior ao 0,02%, hai na súa maioría picos dobres inseparables ou mesmo picos múltiples no diagrama de distribución Rh.A medida que aumenta a concentración, o Rh tamén aumenta, o que indica que se asocian ou mesmo se agregan máis macromoléculas.Cando Cao et al.utilizou a dispersión da luz para estudar o copolímero de carboximetil celulosa e macrómeros tensioactivos, tamén había picos dobres inseparables, un dos cales estaba entre 30 nm e 100 nm, que representaba a formación de micelas a nivel molecular, e o outro O pico Rh é relativamente grande, que se considera un agregado, que é similar aos resultados determinados neste traballo.

2.2 Investigación sobre o comportamento reolóxico

2.2.1 Efecto da concentración:Mida a viscosidade aparente de solucións KG-30M con diferentes concentracións a diferentes velocidades de cizallamento, e segundo a forma logarítmica da ecuación da lei de potencia proposta por Ostwald-Dewaele, cando a fracción de masa non supere o 0,7%, e unha serie de liñas rectas. con coeficientes de correlación lineal superiores a 0,99 obtivéronse.E a medida que aumenta a concentración, o valor do expoñente de Newton n diminúe (todo menos de 1), mostrando un fluído pseudoplástico evidente.Impulsadas pola forza de cizallamento, as cadeas macromoleculares comezan a desenredarse e a orientarse, polo que a viscosidade diminúe.Cando a fracción de masa é superior ao 0,7%, o coeficiente de correlación lineal da recta obtida diminúe (uns 0,98) e n comeza a flutuar ou mesmo a aumentar co aumento da concentración;cando a fracción de masa chega ao 3% (Fig. 2), a táboa A viscosidade aparente primeiro aumenta e despois diminúe co aumento da taxa de cizallamento.Esta serie de fenómenos é diferente dos informes doutras solucións de polímeros aniónicos e catiónicos.O valor n aumenta, é dicir, debilita a propiedade non newtoniana;O fluído newtoniano é un líquido viscoso e o deslizamento intermolecular prodúcese baixo a acción do esforzo cortante e non se pode recuperar;O fluído non newtoniano contén unha parte elástica recuperable e unha parte viscosa irrecuperable.Baixo a acción do esforzo cortante, prodúcese o deslizamento irreversible entre as moléculas e, ao mesmo tempo, debido a que as macromoléculas se estiran e se orientan co cizallamento, fórmase unha parte elástica recuperable.Cando se elimina a forza externa, as macromoléculas tenden a volver á forma orixinal ondulada, polo que o valor de n aumenta.A concentración segue aumentando para formar unha estrutura de rede.Cando a tensión cortante é pequena, non se destruirá e só se producirá a deformación elástica.Neste momento, a elasticidade mellorarase relativamente, a viscosidade debilitarase e o valor de n diminuirá;mentres que a tensión cortante vai aumentando gradualmente durante o proceso de medición, polo que n O valor varía.Cando a fracción de masa chega ao 3%, a viscosidade aparente primeiro aumenta e despois diminúe, porque o pequeno cizallamento promove a colisión de macromoléculas para formar grandes agregados, polo que a viscosidade aumenta e o esforzo cortante segue rompendo os agregados., a viscosidade volverá diminuír.

Na investigación da tixotropía, configure a velocidade (r/min) para alcanzar o y desexado, aumente a velocidade a intervalos regulares ata alcanzar o valor establecido e, a continuación, baixe rapidamente desde a velocidade máxima ata o valor inicial para obter o correspondente. O esforzo cortante, a súa relación coa taxa de cizallamento móstrase na figura 3. Cando a fracción de masa é inferior ao 2,5%, a curva ascendente e a curva descendente se solapan completamente, pero cando a fracción de masa é do 3%, as dúas liñas non superposición máis longa, e a liña descendente queda atrás, indicando tixotropía.

A dependencia do tempo da tensión cortante coñécese como resistencia reolóxica.A resistencia reolóxica é un comportamento característico dos líquidos viscoelásticos e líquidos con estruturas tixotrópicas.Descúbrese que canto maior sexa y na mesma fracción de masa, máis rápido r chega ao equilibrio e menor dependencia do tempo;nunha fracción de masa inferior (<2%), o CCE non mostra resistencia reolóxica.Cando a fracción de masa aumenta ata o 2,5%, mostra unha forte dependencia do tempo (Fig. 4), e tarda uns 10 minutos en alcanzar o equilibrio, mentres que ao 3,0%, o tempo de equilibrio leva 50 minutos.A boa tixotropía do sistema favorece a aplicación práctica.

2.2.2 O efecto da densidade de carga:selecciónase a forma logarítmica da fórmula empírica de Spencer-Dillon, na que a viscosidade de corte cero, b é constante á mesma concentración e diferente temperatura, e aumenta co aumento da concentración á mesma temperatura.Segundo a ecuación da lei de potencia adoptada por Onogi en 1966, M é a masa molecular relativa do polímero, A e B son constantes e c é a fracción de masa (%).Fig．5 As tres curvas teñen puntos de inflexión obvios arredor do 0,6%, é dicir, hai unha fracción de masa crítica.Máis do 0,6%, a viscosidade de cizallamento cero aumenta rapidamente co aumento da concentración C. As curvas das tres mostras con diferentes densidades de carga están moi próximas.En cambio, cando a fracción de masa está entre o 0,2% e o 0,8%, a viscosidade de corte cero da mostra LR coa menor densidade de carga é a maior, porque a asociación de enlaces de hidróxeno require un certo contacto.Polo tanto, a densidade de carga está moi relacionada con se as macromoléculas se poden dispor de xeito ordenado e compacto;A través da proba DSC, descobre que LR ten un pico de cristalización débil, o que indica unha densidade de carga adecuada, e que a viscosidade de corte cero é maior á mesma concentración.Cando a fracción de masa é inferior ao 0,2%, LR é a máis pequena, porque en solución diluída, as macromoléculas con baixa densidade de carga teñen máis probabilidades de formar orientación da bobina, polo que a viscosidade de cizallamento cero é baixa.Isto ten un bo significado orientador en termos de rendemento de espesamento.

2.2.3 Efecto do pH: A figura 6 é o resultado medido a diferentes pH dentro do intervalo de fracción de masa do 0,05% ao 2,5%.Hai un punto de inflexión ao redor do 0,45%, pero as tres curvas case se solapan, o que indica que o pH non ten ningún efecto obvio sobre a viscosidade de cizallamento cero, que é bastante diferente da sensibilidade do éter de celulosa aniónica ao pH.

3. Conclusión

A solución acuosa diluída KG-30M é estudada por LLS, e a distribución do radio hidrodinámico obtido é un único pico.Da dependencia do ángulo e da relación Rg/Rb, pódese deducir que a súa forma é próxima á esférica, pero non o suficientemente regular.Para as solucións de CCE con tres densidades de carga, a viscosidade aumenta co aumento da concentración, pero o número de caza de Newton n primeiro diminúe, despois flutúa e mesmo aumenta;O pH ten pouco efecto sobre a viscosidade e unha densidade de carga moderada pode obter unha maior viscosidade.