비이온성 셀룰로오스 에테르의 표면 특성에 미치는 치환기 및 분자량의 영향 원문보기 KCI 원문보기 인용

Washburn의 함침 이론(Penetration Theory)과 van Oss-Good-Chaudhury의 결합 이론(Combining Theory)과 주상 심지 기술(Column Wicking Technique)의 적용에 따르면, 메틸 셀룰로오스와 같은 여러 가지 비이온성 셀룰로오스 에테르의 표면 특성은 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스 및 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 시험하였다.이러한 셀룰로오스 에테르의 치환기, 치환도 및 분자량이 다르기 때문에 이들의 표면 에너지와 구성 요소가 상당히 다릅니다.데이터는 비이온성 셀룰로오스 에테르의 루이스 염기가 루이스 산보다 크고 표면 자유 에너지의 주성분이 리프시츠-반 데르 발스 힘임을 보여줍니다.하이드록시프로필과 그 구성의 표면 에너지는 하이드록시메틸보다 큽니다.동일한 치환기와 치환도를 전제로 히드록시프로필셀룰로오스의 표면 자유에너지는 분자량에 비례한다.하이드록시프로필 메틸셀룰로오스의 표면 자유 에너지는 치환도에 비례하고 분자량에 반비례합니다.실험은 또한 비이온성 셀룰로오스 에테르에서 치환기 하이드록시프로필 및 하이드록시프로필메틸의 표면 에너지가 셀룰로오스의 표면 에너지보다 더 큰 것 같다는 것을 발견했으며, 실험은 테스트된 셀룰로오스의 표면 에너지와 그 조성 데이터가 문헌과 일치합니다.

키워드: 비이온성 셀룰로오스 에테르;치환기 및 치환도;분자 무게;표면 특성;심지 기술

셀룰로오스 에테르는 셀룰로오스 유도체의 큰 범주이며 에테르 치환체의 화학 구조에 따라 음이온성, 양이온성 및 비이온성 에테르로 나눌 수 있습니다.셀룰로오스 에테르는 또한 고분자 화학에서 연구되고 생산된 최초의 제품 중 하나입니다.지금까지 셀룰로오스 에테르는 의학, 위생, 화장품 및 식품 산업에서 널리 사용되었습니다.

하이드록시메틸셀룰로오즈, 하이드록시프로필셀룰로오즈, 하이드록시프로필메틸셀룰로오즈와 같은 셀룰로오즈 에테르가 산업적으로 생산되고 많은 특성이 연구되었지만 표면 에너지, 산 알칼리 반응 특성은 아직 보고되지 않았습니다.이들 제품은 대부분 액체 환경에서 사용되며, 표면 특성, 특히 산-염기 반응 특성이 이들의 사용에 영향을 미칠 가능성이 높기 때문에 이러한 상업용 셀룰로오스 에테르의 표면 화학적 특성에 대한 연구와 이해가 매우 필요하다.

셀룰로오스 유도체의 시료는 제조조건의 변화에 ​​따라 매우 쉽게 변하기 때문에 본 논문에서는 시판되는 제품을 시료로 하여 이들의 표면에너지 특성을 규명하고, 이를 바탕으로 해당 제품의 표면에 미치는 치환기 및 분자량의 영향을 분석하였다. 속성이 연구됩니다.

1. 실험적인 부분

1.1 원료

실험에 사용된 비이온성 셀룰로오스 에테르는(주)기마화학,.샘플은 테스트 전에 어떠한 처리도 거치지 않았습니다.

셀룰로오스 유도체가 셀룰로오스로 이루어져 있다는 점을 고려하면 두 구조가 가깝고 셀룰로오스의 표면 특성이 문헌에 보고된 바 있어 본 논문에서는 셀룰로오스를 표준시료로 사용한다.사용된 셀룰로오스 샘플은 코드명 C8002이며키마, CN.샘플은 시험 동안 어떠한 처리도 받지 않았다.

실험에 사용된 시약은 에탄, 디요오도메탄, 탈이온수, 포름아미드, 톨루엔, 클로로포름입니다.시중에서 구할 수 있는 물을 제외한 모든 액체는 분석적으로 순수한 제품이었습니다.

1.2 실험방법

본 실험에서는 컬럼 위킹(Wicking) 기법을 채택하였으며, 내경 3mm 표준 피펫의 단면(약 10cm)을 컬럼 튜브로 절단하였다.200 mg의 분말 시료를 컬럼 튜브에 매번 넣고 흔들어 균일하게 한 다음 액체가 자발적으로 흡착될 수 있도록 내경 약 3 cm의 유리 용기 바닥에 수직으로 놓는다.시험액 1mL를 달아 유리용기에 넣고 침지시간 t와 침지거리 X를 동시에 기록한다.모든 실험은 실온(25±1°씨).각 데이터는 3회 반복 실험의 평균입니다.

1.3 실험 데이터의 계산

분말 재료의 표면 에너지를 테스트하기 위해 컬럼 위킹 기술을 적용하기 위한 이론적 근거는 Washburn 함침 방정식(Washburn 침투 방정식)입니다.

1.3.1 측정된 시료의 모세관 유효 반경 Reff 결정

Washburn 침지 공식을 적용할 때 완전한 젖음을 달성하기 위한 조건은 cos=1입니다.이것은 액체가 완전히 젖은 상태를 달성하기 위해 고체에 담그도록 선택될 때 Washburn 침지 공식의 특수한 경우에 따라 침지 거리와 시간을 테스트하여 측정된 샘플의 모세관 유효 반경 Reff를 계산할 수 있음을 의미합니다.

1.3.2 측정된 샘플에 대한 Lifshitz-van der Waals 힘 계산

van Oss-Chaudhury-Good의 결합 규칙에 따르면 액체와 고체 사이의 반응 사이의 관계입니다.

1.3.3 측정 샘플의 루이스 산-염기력 계산

일반적으로 고체의 산-염기 특성은 물과 포름아미드로 함침된 데이터에서 추정됩니다.그러나 본 논문에서는 이 쌍의 극성액체를 이용하여 셀룰로오스를 측정할 때는 문제가 없으나, 셀룰로오스 에테르 시험에서는 물/포름아미드 극성용액 시스템의 셀룰로오스 에테르에 대한 침지높이가 너무 낮기 때문에 문제가 없음을 발견하였다. , 시간 기록을 매우 어렵게 만듭니다.따라서 Chibowsk에서 도입한 톨루엔/클로로포름 용액 시스템을 선택했습니다.Chibowski에 따르면 톨루엔/클로로포름 극성 용액 시스템도 옵션입니다.예를 들어 톨루엔은 루이스 산도가 없고 클로로포름은 루이스 알칼리도가 없습니다.물/포름아미드의 권장 극성 용액 시스템에 더 가까운 톨루엔/클로로포름 용액 시스템에서 얻은 데이터를 얻기 위해 이 두 극성 액체 시스템을 사용하여 동시에 셀룰로오스를 테스트한 다음 해당 팽창 또는 수축 계수를 얻습니다. 적용 전 셀룰로스 에테르에 톨루엔/클로로포름을 함침시켜 얻은 데이터는 물/포름아미드 시스템에 대해 얻은 결론에 가깝습니다.셀룰로오스 에테르는 셀룰로오스에서 파생되고 둘 사이에 매우 유사한 구조가 있기 때문에 이 추정 방법이 유효할 수 있습니다.

1.3.4 총 표면 자유 에너지 계산

2. 결과 및 논의

2.1 셀룰로오스 기준

셀룰로스 표준 샘플에 대한 테스트 결과 이러한 데이터가 문헌에 보고된 데이터와 잘 일치하므로 셀룰로스 에테르에 대한 테스트 결과도 고려해야 한다고 믿는 것이 합리적입니다.

2.2 셀룰로오스 에테르에 대한 시험 결과 및 논의

셀룰로오스 에테르 시험 시 물과 포름아마이드의 침수 높이가 매우 낮아 침수 거리와 시간을 기록하기가 매우 어렵습니다.따라서 본 논문에서는 대체 용액으로 톨루엔/클로로포름 용액 시스템을 선택하고, 셀룰로오스에 대한 물/포름아미드 및 톨루엔/클로로포름의 시험 결과와 두 용액 시스템 간의 비례 관계를 기반으로 셀룰로오스 에테르의 루이스 산도를 추정한다.그리고 알칼리성 힘.

셀룰로오스를 표준 시료로 하여 셀룰로오스 에테르의 일련의 산-염기 특성이 주어집니다.셀룰로스 에테르에 톨루엔/클로로포름을 함침시킨 결과는 직접 실험한 결과라 설득력이 있다.

이는 치환기의 종류와 분자량이 셀룰로오스 에테르의 산-염기 특성에 영향을 미치고, 하이드록시프로필과 하이드록시프로필메틸이라는 두 치환기 사이의 관계가 셀룰로오스 에테르의 산-염기 특성에 영향을 미치며 분자량은 완전히 반대라는 것을 의미합니다.그러나 이는 MP가 혼합된 치환기라는 사실과도 관련이 있을 수 있습니다.

예를 들어 MO43과 K8913의 치환기가 다르고 분자량이 같기 때문에 전자의 치환기는 하이드록시메틸이고 후자의 치환기는 하이드록시프로필이지만 둘 다 분자량이 100,000이므로 동일한 분자량의 전제 상황에서 하이드록시메틸 그룹의 S+ 및 S-는 하이드록시프로필 그룹보다 작을 수 있습니다.그러나 K8913의 치환도는 약 3.00인 반면 MO43의 치환도는 1.90에 불과하기 때문에 치환도도 가능하다.

K8913과 K9113의 치환도 및 치환기는 같으나 분자량만 다르기 때문에 둘을 비교하면 히드록시프로필셀룰로오스의 S+는 분자량이 증가함에 따라 감소하지만 S-는 반대로 증가하는 것을 알 수 있다..

모든 셀룰로오스 에테르와 그 구성 요소의 표면 에너지에 대한 테스트 결과 요약에서 셀룰로오스이든 셀룰로오스 에테르이든 표면 에너지의 주요 구성 요소는 Lifshitz-van der Waals 힘이라는 것을 알 수 있습니다. 약 98%~99%.또한 이들 비이온성 셀룰로오스 에테르(MO43 제외)의 리프시츠-반데르발스 힘도 대부분 셀룰로오스보다 크며, 이는 셀룰로오스의 에테르화 과정도 리프시츠-반데르발스 힘을 증가시키는 과정임을 나타낸다.그리고 이러한 증가는 셀룰로오스 에테르의 표면 에너지가 셀룰로오스의 표면 에너지보다 더 커지도록 합니다.이 현상은 이러한 셀룰로오스 에테르가 계면활성제 생산에 일반적으로 사용되기 때문에 매우 흥미롭습니다.그러나 데이터는 주목할 만합니다. 이 실험에서 테스트한 참조 표준 샘플에 대한 데이터가 문헌에 보고된 값과 매우 일치할 뿐만 아니라 참조 표준 샘플에 대한 데이터가 문헌에 보고된 값과 매우 일치하기 때문입니다. 예: 이러한 모든 셀룰로오스 에테르의 SAB는 셀룰로오스의 SAB보다 상당히 작으며 이는 매우 큰 루이스 염기 때문입니다.동일한 치환기 및 치환도를 전제로 히드록시프로필셀룰로오스의 표면 자유에너지는 분자량에 비례한다.하이드록시프로필 메틸셀룰로오스의 표면 자유 에너지는 치환도에 비례하고 분자량에 반비례합니다.

또한, 셀룰로오스 에테르는 셀룰로오스보다 SLW가 크지만 분산성이 셀룰로오스보다 좋다는 것을 이미 알고 있기 때문에 비이온성 셀룰로오스 에테르를 구성하는 SLW의 주성분은 런던 힘이어야 한다고 1차적으로 생각할 수 있다.

3. 결론

연구에 따르면 치환기의 유형, 치환도 및 분자량은 비이온성 셀룰로오스 에테르의 표면 에너지 및 조성에 큰 영향을 미칩니다.그리고 이 효과는 다음과 같은 규칙성을 가지고 있는 것 같습니다.

(1) 비이온성 셀룰로오스 에테르의 S+는 S-보다 작다.

(2) 비이온성 셀룰로오스 에테르의 표면 에너지는 Lifshitz-van der Waals 힘에 의해 지배됩니다.

(3) 분자량과 치환체는 비이온성 셀룰로오스 에테르의 표면 에너지에 영향을 주지만 주로 치환체의 종류에 따라 달라진다.

(4) 동일한 치환기 및 치환도를 전제로 히드록시프로필셀룰로오스의 표면 자유에너지는 분자량에 비례한다.하이드록시프로필 메틸셀룰로오스의 표면 자유 에너지는 치환도에 비례하고 분자량에 반비례합니다.

(5) 셀룰로오스의 에테르화 공정은 리프쉬츠-반 데르 발스 힘이 증가하는 과정이며, 루이스 산도가 감소하고 루이스 알칼리도가 증가하는 과정이기도 하다.