Катиондық целлюлоза эфирінің ерітіндісінің қасиеттері

Жоғары зарядты тығыздықтағы катион целлюлоза эфирінің (KG-30M) әртүрлі рН мәндеріндегі сұйылтылған ерітіндінің қасиеттері лазерлік шашырау құралымен, әртүрлі бұрыштардағы гидродинамикалық радиустан (Rh) және орташа квадраттық айналу радиусынан зерттелді. Rg Rh қатынасы оның пішіні дұрыс емес, бірақ сфераға жақын екенін көрсетеді.Содан кейін реометрдің көмегімен заряд тығыздығы әртүрлі катионды целлюлоза эфирлерінің үш концентрлі ерітінділері жан-жақты зерттеліп, оның реологиялық қасиеттеріне концентрацияның, рН мәні мен өзіндік заряд тығыздығының әсері талқыланды.Концентрация ұлғайған сайын Ньютонның көрсеткіші алдымен төмендеді, содан кейін төмендеді.Флюктуация немесе тіпті қайта көтерілу орын алады, ал тиксотропты мінез-құлық 3% (массалық үлес) орын алады.Орташа заряд тығыздығы жоғары нөлдік ығысу тұтқырлығын алу үшін пайдалы, ал рН оның тұтқырлығына аз әсер етеді.

Негізгі сөздер:катиондық целлюлоза эфирі;морфология;нөлдік ығысу тұтқырлығы;реология

Целлюлоза туындылары және олардың модификацияланған функционалды полимерлері физиологиялық және санитарлық өнімдерде, мұнай-химияда, медицинада, тамақ өнімдерінде, жеке гигиеналық өнімдерде, орауыштарда және т.б. салаларда кеңінен қолданылады. қабілеті, ол күнделікті химиялық заттарда, әсіресе сусабындарда кеңінен қолданылады және сусабыннан кейін шаштың таралу қабілетін жақсарта алады.Сонымен қатар, жақсы үйлесімді болғандықтан, оны екі-бірде және барлығы бір-бір шампуньдерде қолдануға болады.Ол сондай-ақ жақсы қолдану перспективасына ие және әртүрлі елдердің назарын аударды.Әдебиеттерде целлюлоза туынды ерітінділері концентрацияның жоғарылауымен Ньютон сұйықтығы, псевдопластикалық сұйықтық, тиксотропты сұйықтық және тұтқыр серпімді сұйықтық сияқты мінез-құлықтарды көрсететіні туралы хабарланған, бірақ сулы ерітіндідегі катиондық целлюлоза эфирінің морфологиясы, реологиясы және әсер етуші факторлары аз. зерттеу есептері.Бұл жұмыс практикалық қолдану үшін анықтама беру мақсатында төрттік аммоний модификацияланған целлюлоза сулы ерітіндісінің реологиялық әрекетіне назар аударады.

1. Эксперименттік бөлім

1.1 Шикізат

Катиондық целлюлоза эфирі (KG-30M, JR-30M, LR-30M);Canada Dow Chemical Company өнімі, Жапониядағы Procter & Gamble компаниясы Kobe R&D орталығы ұсынған, Vario EL элементтік анализаторымен өлшенген (Германдық Elemental компаниясы), үлгі Азот мөлшері сәйкесінше 2,7%, 1,8%, 1,0% (заряд тығыздығы 1,9 Meq/g, 1,25 Meq/g, 0,7 Meq/g) және ол неміс ALV-5000E лазерлік жарық шашырау құралымен (LLS) сыналған, оның салмағы орташа молекулалық салмағы шамамен 1,64 құрайды.×106 г/моль.

1.2 Ерітінді дайындау

Үлгі сүзу, диализ және мұздату арқылы кептіру арқылы тазартылды.Тиісінше үш сандық үлгілер қатарын өлшеп, қажетті концентрацияны дайындау үшін рН 4,00, 6,86, 9,18 стандартты буферлік ерітіндіні қосыңыз.Үлгілердің толық ерігенін қамтамасыз ету үшін барлық үлгі ерітінділері сынақтан бұрын 48 сағат бойы магнитті араластырғышқа қойылды.

1.3 Жарықтың шашырауын өлшеу

Сұйылтылған сулы ерітіндідегі үлгінің орташа салмақтық молекулалық салмағын, гидродинамикалық радиусын және екінші Вилли коэффициенті және әртүрлі бұрыштар кезінде айналудың орташа квадраттық радиусын өлшеу үшін LLS пайдаланыңыз және осы катиондық целлюлоза эфирі су ерітіндісі қатынас күйі бойынша.

1.4 Тұтқырлықты өлшеу және реологиялық зерттеу

Концентрленген CCE ерітіндісі Brookfield RVDV-III+ реометрімен зерттелді және концентрация, заряд тығыздығы және рН мәнінің үлгі тұтқырлығы сияқты реологиялық қасиеттерге әсері зерттелді.Жоғары концентрацияларда оның тиксотропиясын зерттеу қажет.

2. Нәтижелер және талқылау

2.1 Жарықтың шашырауын зерттеу

Ерекше молекулалық құрылымының арқасында жақсы еріткіште де бір молекула түрінде өмір сүру қиын, бірақ белгілі бір тұрақты мицеллалар, кластерлер немесе ассоциациялар түрінде болады.

Поляризациялық микроскоппен CCE сұйылтылған сулы ерітіндісін (~o,1%) бақылағанда, қара крест ортогональды өрістің фонында «жұлдызша» жарқын дақтар мен жарқын жолақтар пайда болды.Ол әрі қарай жарықтың шашырауымен сипатталады, әр түрлі рН және бұрыштардағы динамикалық гидродинамикалық радиусы, айналудың орташа квадраттық радиусы және Берри диаграммасынан алынған екінші Вилли коэффициенті Tab кестеде келтірілген.1. 10-5 концентрацияда алынған гидродинамикалық радиус функциясының таралу графигі негізінен бір шың, бірақ таралу өте кең (1-сурет), бұл жүйеде молекулалық деңгейдегі ассоциациялар мен үлкен агрегаттардың бар екенін көрсетеді. ;Өзгерістер бар және Rg/Rb мәндері барлығы 0,775 шамасында, бұл ерітіндідегі CCE пішінінің сфераға жақын екенін, бірақ жеткілікті тұрақты емес екенін көрсетеді.Rb және Rg-ге рН әсері айқын емес.Буферлік ерітіндідегі қарсы ион оның бүйірлік тізбегіндегі зарядты қорғау және оны кішірейту үшін CCE-мен әрекеттеседі, бірақ айырмашылық қарсы ион түріне байланысты өзгереді.Зарядталған полимерлердің жарық шашырауын өлшеу ұзақ қашықтықтағы күш әсерлесуіне және сыртқы кедергілерге сезімтал, сондықтан LLS сипаттамасында белгілі бір қателіктер мен шектеулер бар.Массалық үлес 0,02% жоғары болғанда, Rh таралу диаграммасында негізінен ажырамайтын қос шыңдар немесе тіпті бірнеше шыңдар бар.Концентрация артқан сайын Rh да артады, бұл көбірек макромолекулалардың байланысқанын немесе тіпті біріктірілгенін көрсетеді.Қашан Cao және т.б.карбоксиметилцеллюлозаның сополимерін және беттік-белсенді макромерлерді зерттеу үшін жарық шашырауын қолданды, сонымен қатар ажырамайтын қос шыңдар болды, олардың біреуі молекулалық деңгейде мицеллалардың түзілуін білдіретін 30нм мен 100нм аралығында болды, ал екіншісі Rh шыңы салыстырмалы түрде. үлкен, бұл жиынтық болып саналады, бұл осы жұмыста анықталған нәтижелерге ұқсас.

2.2 Реологиялық мінез-құлықты зерттеу

2.2.1 Концентрацияның әсері:КГ-30М ерітінділерінің көрінетін тұтқырлығын әр түрлі ығысу жылдамдықтарында және массалық үлес 0,7%-дан аспайтын кезде Оствальд-Девале ұсынған қуат заңы теңдеуінің логарифмдік формасына сәйкес және түзу сызықтар қатарын өлшеңіз. 0,99-дан жоғары сызықтық корреляция коэффициенттерімен алынды.Ал концентрация өскен сайын Ньютон көрсеткішінің n мәні азаяды (барлығы 1-ден кем), айқын псевдопластикалық сұйықтықты көрсетеді.Ығысу күшінің әсерінен макромолекулярлық тізбектер ағылып, бағдарлана бастайды, сондықтан тұтқырлық төмендейді.Массалық үлес 0,7%-дан жоғары болғанда, алынған түзудің сызықтық корреляциялық коэффициенті төмендейді (шамамен 0,98), ал концентрацияның жоғарылауымен n тербеле бастайды немесе тіпті жоғарылайды;массалық үлес 3% жеткенде (2-сурет), кесте Көрінетін тұтқырлық алдымен артады, содан кейін ығысу жылдамдығының жоғарылауымен төмендейді.Бұл құбылыстар қатары басқа анионды және катионды полимер ерітінділерінің есептерінен ерекшеленеді.n мәні жоғарылайды, яғни Ньютондық емес қасиет әлсірейді;Ньютон сұйықтығы тұтқыр сұйықтық, ал ығысу кернеуінің әсерінен молекулааралық сырғанау пайда болады және оны қалпына келтіру мүмкін емес;Ньютондық емес сұйықтықтың құрамында қалпына келетін серпімді бөлік және қалпына келмейтін тұтқыр бөлік бар.Ығысу кернеуінің әсерінен молекулалар арасында қайтымсыз сырғанау пайда болады, сонымен бірге макромолекулалар ығысумен созылып, бағытталғандықтан қалпына келетін серпімді бөлік пайда болады.Сыртқы күш жойылған кезде макромолекулалар бастапқы бұралған пішінге оралуға бейім, сондықтан n мәні жоғарылайды.Желілік құрылымды қалыптастыру үшін шоғырлану арта береді.Ығысу кернеуі аз болған кезде ол бұзылмайды, тек серпімді деформация пайда болады.Бұл кезде серпімділік салыстырмалы түрде жоғарылайды, тұтқырлық әлсірейді, n мәні төмендейді;ал ығысу кернеуі өлшеу процесінде бірте-бірте өседі, сондықтан n Мән ауытқиды.Массалық үлес 3%-ға жеткенде көрінетін тұтқырлық алдымен артады, содан кейін азаяды, өйткені кіші ығысу макромолекулалардың соқтығысуына ықпал етіп, үлкен агрегаттар түзеді, сондықтан тұтқырлық жоғарылайды, ал ығысу кернеуі агрегаттарды үзуін жалғастырады., тұтқырлық қайтадан төмендейді.

Тиксотропияны зерттеу кезінде қажетті y мәніне жету үшін жылдамдықты (р/мин) орнатыңыз, жылдамдықты белгіленген мәнге жеткенше тұрақты аралықпен арттырыңыз, содан кейін сәйкес мәнді алу үшін максималды жылдамдықтан бастапқы мәнге тез төмендетіңіз. Ығысу кернеуі, оның ығысу жылдамдығымен байланысы 3-суретте көрсетілген. Массалық үлес 2,5%-дан аз болғанда жоғары қисық пен төмен қарай қисық толығымен қабаттасады, бірақ массалық үлес 3% болғанда екі сызық жоқ. ұзағырақ қабаттасады, ал төмен қарай сызығы артта қалады, бұл тиксотропияны көрсетеді.

Ығысу кернеуінің уақытқа тәуелділігі реологиялық төзімділік деп аталады.Реологиялық төзімділік – тұтқыр серпімді сұйықтықтар мен тиксотропты құрылымдары бар сұйықтықтарға тән мінез-құлық.Бірдей массалық үлесте y үлкен болса, r тепе-теңдікке тезірек жетеді, ал уақытқа тәуелділігі азырақ болатыны анықталды;төменгі массалық үлесте (<2%), CCE реологиялық төзімділік көрсетпейді.Массалық үлес 2,5%-ға өскенде, ол күшті уақытқа тәуелділікті көрсетеді (4-сурет), тепе-теңдікке жету үшін шамамен 10 минут қажет, ал 3,0% кезінде тепе-теңдік уақыты 50 минутты алады.Жүйенің жақсы тиксотропиясы практикалық қолдану үшін қолайлы.

2.2.2 Заряд тығыздығының әсері:Спенсер-Диллон эмпирикалық формуласының логарифмдік түрі таңдалады, онда нөлдік кесілген тұтқырлық, b бірдей концентрацияда және әртүрлі температурада тұрақты болып табылады және сол температурада концентрация жоғарылаған сайын артады.Оноги 1966 жылы қабылдаған қуат заңы теңдеуіне сәйкес М – полимердің салыстырмалы молекулалық массасы, А және В – тұрақты шама, с – массалық үлес (%).Інжір.5 Үш қисықтың 0,6% шамасында айқын иілу нүктелері бар, яғни сыни массалық үлес бар.0,6% астам, нөлдік ығысу тұтқырлығы C концентрациясының жоғарылауымен тез артады. Зарядтың тығыздығы әртүрлі үш үлгінің қисық сызықтары өте жақын.Керісінше, массалық үлес 0,2% және 0,8% аралығында болғанда, ең аз заряд тығыздығы бар LR үлгісінің нөлдік кесілген тұтқырлығы ең үлкен болады, өйткені сутегі байланысының ассоциациясы белгілі бір контактіні қажет етеді.Сондықтан зарядтың тығыздығы макромолекулалардың ретті және жинақы орналаса алатындығымен тығыз байланысты;DSC сынағы арқылы LR зарядтың қолайлы тығыздығын көрсететін әлсіз кристалдану шыңына ие екендігі және сол концентрацияда нөлдік ығысу тұтқырлығы жоғары екендігі анықталды.Массалық үлес 0,2%-дан аз болғанда, LR ең кіші болып табылады, өйткені сұйылтылған ерітіндіде заряд тығыздығы төмен макромолекулалар катушкалардың ориентациясын қалыптастыру ықтималдығы жоғары, сондықтан нөлдік ығысу тұтқырлығы төмен.Бұл қалыңдату өнімділігі тұрғысынан жақсы бағыттаушы мәнге ие.

2.2.3 рН әсері: 6-сурет - 0,05%-дан 2,5%-ға дейінгі массалық үлес ауқымында әртүрлі рН-да өлшенген нәтиже.0,45% шамасында иілу нүктесі бар, бірақ үш қисық дерлік бір-біріне сәйкес келеді, бұл рН-ның нөлдік ығысу тұтқырлығына айқын әсер етпейтінін көрсетеді, бұл анионды целлюлоза эфирінің рН-ға сезімталдығынан айтарлықтай ерекшеленеді.

3. Қорытынды

KG-30M сұйылтылған сулы ерітіндіні LLS зерттейді, ал алынған гидродинамикалық радиустың таралуы бір пик болып табылады.Бұрышқа тәуелділіктен және Rg/Rb қатынасынан оның пішіні сфераға жақын, бірақ жеткілікті түрде тұрақты емес деген қорытынды жасауға болады.Үш заряд тығыздығы бар CCE ерітінділері үшін тұтқырлық концентрацияның жоғарылауымен жоғарылайды, бірақ Ньютонның аңшылық саны n алдымен азаяды, содан кейін ауытқиды және тіпті жоғарылайды;рН тұтқырлыққа аз әсер етеді, ал қалыпты заряд тығыздығы жоғары тұтқырлыққа қол жеткізе алады.