Կատիոնային ցելյուլոզային եթերի լուծույթի հատկությունները

Բարձր լիցքավորման խտության կատիոնային ցելյուլոզային եթերի (KG-30M) նոսր լուծույթի հատկությունները pH տարբեր արժեքներում ուսումնասիրվել են լազերային ցրման գործիքով, հիդրոդինամիկական շառավղից (Rh) տարբեր անկյուններում և պտտման միջին քառակուսի շառավիղից: Rg Հարաբերակցությունը Rh-ին ենթադրում է, որ դրա ձևն անկանոն է, բայց մոտ է գնդաձևին:Այնուհետև ռեոմետրի օգնությամբ մանրամասն ուսումնասիրվել են լիցքի տարբեր խտությամբ կատիոնային ցելյուլոզային եթերների երեք խտացված լուծույթներ և քննարկվել կոնցենտրացիայի, pH արժեքի և սեփական լիցքի խտության ազդեցությունը դրա ռեոլոգիական հատկությունների վրա։Երբ կոնցենտրացիան մեծանում էր, Նյուտոնի ցուցիչը սկզբում նվազում էր, իսկ հետո՝ նվազում։Տեղի է ունենում տատանում կամ նույնիսկ հետադարձ, իսկ թիքսոտրոպային վարքագիծը տեղի է ունենում 3%-ով (զանգվածային բաժին):Լիցքի չափավոր խտությունը ձեռնտու է ավելի բարձր զրոյական կտրվածքի մածուցիկություն ստանալու համար, և pH-ը քիչ ազդեցություն ունի դրա մածուցիկության վրա:

Բանալի բառեր:կատիոնային ցելյուլոզային եթեր;մորֆոլոգիա;զրոյական կտրվածքի մածուցիկություն;ռեոլոգիա

Ցելյուլոզայի ածանցյալները և դրանց փոփոխված ֆունկցիոնալ պոլիմերները լայնորեն օգտագործվում են ֆիզիոլոգիական և սանիտարական արտադրանքի, նավթաքիմիական, բժշկության, սննդի, անձնական խնամքի միջոցների, փաթեթավորման և այլն ոլորտներում: Ջրում լուծվող կատիոնային ցելյուլոզային եթերը (CCE) պայմանավորված է իր ուժեղ խտացմամբ: կարող է, այն լայնորեն օգտագործվում է ամենօրյա քիմիական նյութերի, հատկապես շամպունների մեջ և կարող է բարելավել մազերի սանրությունը շամպուն լվանալուց հետո:Միևնույն ժամանակ, լավ համատեղելիության պատճառով այն կարող է օգտագործվել երկու-մեկ և բոլորը մեկում շամպունների մեջ:Այն նաև կիրառման լավ հեռանկար ունի և գրավել է տարբեր երկրների ուշադրությունը։Գրականության մեջ հաղորդվել է, որ ցելյուլոզայի ածանցյալ լուծույթները դրսևորում են այնպիսի վարքագիծ, ինչպիսիք են Նյուտոնի հեղուկը, կեղծ պլաստիկ հեղուկը, թիքսոտրոպ հեղուկը և viscoelastic հեղուկը կոնցենտրացիայի աճով, սակայն ջրային լուծույթում կատիոնային ցելյուլոզային եթերի մորֆոլոգիան, ռեոլոգիան և ազդող գործոնները քիչ են: հետազոտական ​​հաշվետվություններ։Այս հոդվածը կենտրոնանում է չորրորդական ամոնիումով ձևափոխված բջջանյութի ջրային լուծույթի ռեոլոգիական վարքագծի վրա՝ գործնական կիրառման համար հղում տրամադրելու նպատակով:

1. Փորձարարական մաս

1.1 Հումք

Կատիոնային ցելյուլոզային եթեր (KG-30M, JR-30M, LR-30M);Canada Dow Chemical Company արտադրանքը, որը տրամադրվել է Procter & Gamble Company Kobe R&D կենտրոնի կողմից Ճապոնիայում, որը չափվել է Vario EL տարրական անալիզատորով (գերմանական Elemental Company), նմուշ Ազոտի պարունակությունը համապատասխանաբար կազմում է 2,7%, 1,8%, 1,0% (լիցքի խտությունը՝ 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, 0.7 Meq/g համապատասխանաբար), և այն փորձարկվել է գերմանական ALV-5000E լազերային լույսի ցրման գործիքի (LLS) միջոցով, որը չափել է դրա միջին քաշը մոտ 1.64 մոլեկուլային քաշը:×106 գ/մոլ.

1.2 Լուծման պատրաստում

Նմուշը զտվել է զտման, դիալիզի և սառեցման միջոցով:Կշռեք համապատասխանաբար երեք քանակական նմուշների շարքը և ավելացրեք ստանդարտ բուֆերային լուծույթ pH 4.00, 6.86, 9.18՝ անհրաժեշտ կոնցենտրացիան պատրաստելու համար:Ապահովելու համար, որ նմուշները լիովին լուծված են, բոլոր նմուշային լուծույթները փորձարկումից առաջ 48 ժամ տեղադրվել են մագնիսական խառնիչի վրա:

1.3 Լույսի ցրման չափում

Օգտագործեք LLS՝ չափելու նմուշի միջին քաշային մոլեկուլային քաշը նոսր ջրային լուծույթում, հիդրոդինամիկ շառավիղը և պտտման միջին քառակուսի արմատը, երբ երկրորդ Villi գործակիցը և տարբեր անկյունները, և եզրակացրեք, որ այս կատիոնային ցելյուլոզային եթերը գտնվում է ջրային լուծույթն իր հարաբերակցության կարգավիճակով.

1.4 Մածուցիկության չափում և ռեոլոգիական հետազոտություն

Կենտրոնացված CCE լուծույթն ուսումնասիրվել է Brookfield RVDV-III+ ռեոմետրով, և հետազոտվել է կոնցենտրացիայի, լիցքի խտության և pH արժեքի ազդեցությունը ռեոլոգիական հատկությունների վրա, ինչպիսին է նմուշի մածուցիկությունը:Ավելի բարձր կոնցենտրացիաների դեպքում անհրաժեշտ է ուսումնասիրել դրա տիկսոտրոպիան:

2. Արդյունքներ և քննարկում

2.1 Լույսի ցրման հետազոտություն

Իր հատուկ մոլեկուլային կառուցվածքի պատճառով դժվար է գոյություն ունենալ մեկ մոլեկուլի տեսքով նույնիսկ լավ լուծիչում, բայց որոշակի կայուն միցելների, կլաստերների կամ ասոցիացիաների տեսքով:

Երբ CCE-ի նոսր ջրային լուծույթը (~o.1%) դիտարկվել է բևեռացնող մանրադիտակով, սև խաչաձև ուղղանկյուն դաշտի ֆոնի վրա ի հայտ են եկել «աստղային» վառ բծեր և վառ գծեր:Այն նաև բնութագրվում է լույսի ցրմամբ, դինամիկ հիդրոդինամիկ շառավիղով տարբեր pH և անկյուններում, պտտման միջին քառակուսի շառավիղը և Բերի դիագրամից ստացված երկրորդ Վիլի գործակիցը թվարկված են Tab-ում:1. 10-5 կոնցենտրացիայի դեպքում ստացված հիդրոդինամիկական շառավիղի ֆունկցիայի բաշխման գրաֆիկը հիմնականում մեկ գագաթ է, սակայն բաշխումը շատ լայն է (նկ. 1), ինչը ցույց է տալիս, որ համակարգում կան մոլեկուլային մակարդակի ասոցիացիաներ և մեծ ագրեգատներ։ ;Կան փոփոխություններ, և Rg/Rb արժեքները մոտ 0,775 են, ինչը ցույց է տալիս, որ լուծույթում CCE-ի ձևը մոտ է գնդաձևին, բայց ոչ բավականաչափ կանոնավոր:pH-ի ազդեցությունը Rb-ի և Rg-ի վրա ակնհայտ չէ:Բուֆերային լուծույթում հակաիոնը փոխազդում է CCE-ի հետ՝ պաշտպանելու լիցքը իր կողային շղթայի վրա և ստիպելով այն փոքրանալ, սակայն տարբերությունը տարբերվում է հակաիոնային տեսակի հետ:Լիցքավորված պոլիմերների լույսի ցրման չափումը ենթակա է երկարաժամկետ ուժի փոխազդեցության և արտաքին միջամտության, ուստի LLS բնութագրման մեջ կան որոշակի սխալներ և սահմանափակումներ:Երբ զանգվածային բաժինը 0,02%-ից մեծ է, Rh բաշխման դիագրամում հիմնականում կան անբաժանելի կրկնակի գագաթներ կամ նույնիսկ մի քանի գագաթներ:Քանի որ կոնցենտրացիան մեծանում է, Rh-ը նույնպես մեծանում է, ինչը ցույց է տալիս, որ ավելի շատ մակրոմոլեկուլներ կապված են կամ նույնիսկ ագրեգացված:Երբ Cao et al.օգտագործեց լույսի ցրումը կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզայի և մակրոակտիվ մակրոմերների համապոլիմերն ուսումնասիրելու համար, կային նաև անբաժանելի կրկնակի գագաթներ, որոնցից մեկը 30 նմ-ից մինչև 100 նմ էր, որը ներկայացնում էր միցելների ձևավորումը մոլեկուլային մակարդակում, իսկ մյուսը՝ Rh-ի գագաթնակետը համեմատաբար մեծ, որը համարվում է ագրեգատ, որը նման է սույն հոդվածում որոշված ​​արդյունքներին:

2.2 Հետազոտություն ռեոլոգիական վարքագծի վերաբերյալ

2.2.1 Համակենտրոնացման ազդեցությունը.Չափել KG-30M լուծույթների տեսանելի մածուցիկությունը տարբեր կոնցենտրացիաներով տարբեր կտրվածքային արագություններով և ըստ Օստվալդ-Դևաելի առաջարկած ուժային օրենքի հավասարման լոգարիթմական ձևի, երբ զանգվածային բաժինը չի գերազանցում 0,7%-ը և մի շարք ուղիղ գծեր: ստացվել են 0,99-ից ավելի գծային հարաբերակցության գործակիցներով։Եվ քանի որ կոնցենտրացիան մեծանում է, Նյուտոնի n ցուցիչի արժեքը նվազում է (բոլորը 1-ից պակաս), ցույց տալով ակնհայտ կեղծ պլաստիկ հեղուկ:Կտրվող ուժի ազդեցությամբ մակրոմոլեկուլային շղթաները սկսում են լուծվել և կողմնորոշվել, ուստի մածուցիկությունը նվազում է:Երբ զանգվածային բաժինը մեծ է 0,7%-ից, ստացված ուղիղ գծի գծային հարաբերակցության գործակիցը նվազում է (մոտ 0,98), իսկ n-ը սկսում է տատանվել կամ նույնիսկ բարձրանալ կոնցենտրացիայի աճով;երբ զանգվածային բաժինը հասնում է 3%-ի (նկ. 2), աղյուսակը Ակնհայտ մածուցիկությունը սկզբում մեծանում է, իսկ հետո նվազում է կտրման արագության մեծացման հետ։Երևույթների այս շարքը տարբերվում է այլ անիոնային և կատիոնային պոլիմերային լուծույթների հաշվետվություններից։n արժեքը բարձրանում է, այսինքն՝ ոչ նյուտոնյան հատկությունը թուլանում է.Նյուտոնյան հեղուկը մածուցիկ հեղուկ է, և միջմոլեկուլային սայթաքումը տեղի է ունենում կտրվածքային լարվածության ազդեցության տակ, և այն չի կարող վերականգնվել;ոչ նյուտոնյան հեղուկը պարունակում է վերականգնվող առաձգական մաս և չվերականգնվող մածուցիկ մաս:Կտրող լարվածության ազդեցության տակ առաջանում է մոլեկուլների միջև անդառնալի սահում, և միևնույն ժամանակ, քանի որ մակրոմոլեկուլները ձգվում և կողմնորոշվում են կտրվածքով, ձևավորվում է վերականգնվող առաձգական մաս։Երբ արտաքին ուժը հեռացվում է, մակրոմոլեկուլները հակված են վերադառնալու սկզբնական ոլորված ձևին, ուստի n-ի արժեքը բարձրանում է:Համակենտրոնացումը շարունակում է աճել՝ ձևավորելով ցանցային կառուցվածք:Երբ կտրող լարվածությունը փոքր է, այն չի քանդվի, և կառաջանա միայն առաձգական դեֆորմացիա:Այս պահին առաձգականությունը համեմատաբար կբարձրանա, մածուցիկությունը կթուլանա, իսկ n-ի արժեքը կնվազի.մինչդեռ կտրվածքային լարումը աստիճանաբար մեծանում է չափման գործընթացում, ուստի n արժեքը տատանվում է:Երբ զանգվածային բաժինը հասնում է 3%-ի, ակնհայտ մածուցիկությունը սկզբում մեծանում է, այնուհետև նվազում է, քանի որ փոքր կտրվածքը նպաստում է մակրոմոլեկուլների բախմանը մեծ ագրեգատների ձևավորման համար, հետևաբար մածուցիկությունը բարձրանում է, իսկ կտրվածքային սթրեսը շարունակում է կոտրել ագրեգատները:, մածուցիկությունը նորից կնվազի։

Տիկսոտրոպիայի հետազոտության ժամանակ սահմանեք արագությունը (r/min), որպեսզի հասնի ցանկալի y-ին, կանոնավոր ընդմիջումներով մեծացրեք արագությունը, մինչև այն հասնի սահմանված արժեքին, այնուհետև առավելագույն արագությունից արագ իջեցրեք սկզբնական արժեքին, որպեսզի ստանաք համապատասխան արժեքը: Կտրման լարվածությունը, դրա կապը կտրման արագության հետ ցույց է տրված նկ. 3-ում: Երբ զանգվածային բաժինը 2,5%-ից պակաս է, վերընթաց կորը և ներքև կորը ամբողջությամբ համընկնում են, բայց երբ զանգվածային բաժինը 3% է, երկու տողերը ոչ: ավելի երկար համընկնում են, իսկ ներքևի գիծը հետ է մնում, ինչը ցույց է տալիս թիքսոտրոպիան:

Կտրող լարվածության ժամանակային կախվածությունը հայտնի է որպես ռեոլոգիական դիմադրություն:Ռեոլոգիական դիմադրությունը մածուցիկ առաձգական հեղուկների և թիկսոտրոպ կառուցվածքներով հեղուկների բնորոշ վարքագիծ է։Պարզվել է, որ որքան մեծ է y-ը նույն զանգվածային մասում, այնքան ավելի արագ է r-ը հասնում հավասարակշռության, իսկ ժամանակային կախվածությունն ավելի փոքր է.ավելի ցածր զանգվածային մասի դեպքում (<2%) CCE-ն ռեոլոգիական դիմադրություն չի ցուցաբերում:Երբ զանգվածային բաժինը մեծանում է մինչև 2,5%, այն ցույց է տալիս ուժեղ ժամանակային կախվածություն (նկ. 4), և հավասարակշռության հասնելու համար պահանջվում է մոտ 10 րոպե, մինչդեռ 3,0% -ի դեպքում հավասարակշռության ժամանակը տևում է 50 րոպե։Համակարգի լավ տիքսոտրոպիան նպաստում է գործնական կիրառմանը:

2.2.2 Լիցքի խտության ազդեցությունը.Ընտրված է Սպենսեր-Դիլոնի էմպիրիկ բանաձևի լոգարիթմական ձևը, որի դեպքում զրոյական կտրվածքի մածուցիկությունը, b-ը հաստատուն է նույն կոնցենտրացիայի և տարբեր ջերմաստիճանի դեպքում, և աճում է նույն ջերմաստիճանում կոնցենտրացիայի աճով:1966 թվականին Օնոգիի կողմից ընդունված ուժային օրենքի հավասարման համաձայն՝ M-ը պոլիմերի հարաբերական մոլեկուլային զանգվածն է, A-ն և B-ն հաստատուններ են, իսկ c-ն զանգվածային բաժինն է (%)։Նկ.5 Երեք կորերն ունեն ակնհայտ թեքման կետեր 0,6%-ի շուրջ, այսինքն՝ կա կրիտիկական զանգվածի բաժին։Ավելի քան 0,6%, զրոյական կտրվածքի մածուցիկությունը արագորեն աճում է C կոնցենտրացիայի ավելացման հետ: Տարբեր լիցքի խտությամբ երեք նմուշների կորերը շատ մոտ են:Ի հակադրություն, երբ զանգվածային բաժինը գտնվում է 0,2% և 0,8% միջակայքում, լիցքի ամենափոքր խտությամբ LR նմուշի զրոյական կտրվածքի մածուցիկությունը ամենամեծն է, քանի որ ջրածնային կապի կապը պահանջում է որոշակի շփում:Հետևաբար, լիցքի խտությունը սերտորեն կապված է այն բանի հետ, թե արդյոք մակրոմոլեկուլները կարող են դասավորվել կանոնավոր և կոմպակտ ձևով.DSC փորձարկման միջոցով պարզվել է, որ LR-ն ունի թույլ բյուրեղացման գագաթնակետ, որը ցույց է տալիս լիցքի համապատասխան խտությունը, և զրոյական կտրվածքի մածուցիկությունը նույն կոնցենտրացիայի դեպքում ավելի բարձր է:Երբ զանգվածային բաժինը 0,2%-ից փոքր է, LR-ն ամենափոքրն է, քանի որ նոսր լուծույթում ցածր լիցքի խտությամբ մակրոմոլեկուլները ավելի հավանական է, որ կծիկի կողմնորոշում ձևավորեն, ուստի զրոյական կտրվածքի մածուցիկությունը ցածր է:Սա լավ ուղղորդող նշանակություն ունի խտացման կատարման առումով:

2.2.3 pH ազդեցություն: Նկար 6-ը տարբեր pH-ով չափված արդյունք է 0,05%-ից մինչև 2,5% զանգվածային բաժնով:Կա շեղման կետ մոտ 0,45%, բայց երեք կորերը գրեթե համընկնում են, ինչը ցույց է տալիս, որ pH-ն ակնհայտ ազդեցություն չունի զրոյական կտրվածքի մածուցիկության վրա, ինչը միանգամայն տարբերվում է անիոնային ցելյուլոզային եթերի զգայունությունից pH-ի նկատմամբ:

3. Եզրակացություն

KG-30M նոսր ջրային լուծույթը ուսումնասիրվում է LLS-ի կողմից, և ստացված հիդրոդինամիկ շառավղի բաշխումը մեկ գագաթնակետ է:Անկյունային կախվածությունից և Rg/Rb հարաբերակցությունից կարելի է եզրակացնել, որ նրա ձևը մոտ է գնդաձևին, բայց ոչ բավականաչափ կանոնավոր:Երեք լիցքի խտությամբ CCE լուծույթների համար մածուցիկությունը մեծանում է կոնցենտրացիայի մեծացման հետ, բայց Նյուտոնի որսորդական թիվը n սկզբում նվազում է, հետո տատանվում և նույնիսկ բարձրանում;pH-ը քիչ ազդեցություն ունի մածուցիկության վրա, և լիցքի չափավոր խտությունը կարող է ստանալ ավելի բարձր մածուցիկություն: