Katijoninės celiuliozės eterio tirpalo savybės

Didelio krūvio tankio katijoninio celiuliozės eterio (KG-30M) atskiesto tirpalo savybės, esant skirtingoms pH vertėms, buvo tiriamos lazeriniu sklaidos prietaisu, iš hidrodinaminio spindulio (Rh) įvairiais kampais ir šaknies kvadratinio sukimosi spindulio. Rg Santykis su Rh reiškia, kad jo forma yra netaisyklinga, bet artima sferinei.Tada reometro pagalba buvo detaliai ištirti trys skirtingo krūvio tankio katijoninių celiuliozės eterių koncentruoti tirpalai, aptarta koncentracijos, pH vertės ir savojo krūvio tankio įtaka jo reologinėms savybėms.Didėjant koncentracijai, Niutono eksponentas iš pradžių mažėjo, o paskui sumažėjo.Atsiranda svyravimas ar net atšokimas, o tiksotropinis elgesys pasireiškia esant 3 % (masės dalis).Vidutinis krūvio tankis yra naudingas norint gauti didesnį klampumą be šlyties, o pH turi mažai įtakos jo klampumui.

Pagrindiniai žodžiai:katijoninis celiuliozės eteris;morfologija;nulinis šlyties klampumas;reologija

Celiuliozės dariniai ir jų modifikuoti funkciniai polimerai buvo plačiai naudojami fiziologinių ir sanitarinių produktų, naftos chemijos, medicinos, maisto, asmens priežiūros priemonių, pakuočių ir kt. srityse. Vandenyje tirpus katijoninis celiuliozės eteris (CCE) yra dėl jo Stipraus tirštėjimo. Jis plačiai naudojamas kasdienėse cheminėse medžiagose, ypač šampūnuose, ir gali pagerinti plaukų šukavimą po plovimo šampūnu.Tuo pačiu metu dėl gero suderinamumo jis gali būti naudojamas kaip „du viename“ ir „viskas viename“ šampūnai.Jis taip pat turi gerą taikymo perspektyvą ir patraukė įvairių šalių dėmesį.Literatūroje buvo pranešta, kad celiuliozės darinių tirpalai pasižymi tokiomis elgsenomis kaip Niutono skystis, pseudoplastinis skystis, tiksotropinis skystis ir viskoelastinis skystis, didėjant koncentracijai, tačiau katijoninio celiuliozės eterio vandeniniame tirpale morfologija, reologija ir įtakojantys veiksniai. tyrimų ataskaitos.Šiame darbe pagrindinis dėmesys skiriamas ketvirtinio amoniu modifikuoto celiuliozės vandeninio tirpalo reologiniam elgesiui, siekiant pateikti praktinio taikymo nuorodą.

1. Eksperimentinė dalis

1.1 Žaliavos

Katijoninės celiuliozės eteris (KG-30M, JR-30M, LR-30M);Kanados Dow Chemical Company produktas, pateiktas Procter & Gamble Company Kobe tyrimų ir plėtros centro Japonijoje, išmatuotas Vario EL elementų analizatoriumi (German Elemental Company), mėginys Azoto kiekis yra atitinkamai 2,7%, 1,8%, 1,0% (įkrovos tankis yra 1,9 mekv/g, 1,25 mekv/g, 0,7 mekv/g) ir yra išbandytas vokišku ALV-5000E lazeriniu šviesos sklaidos prietaisu (LLS), matuojant jo svoriu vidutinė molekulinė masė yra apie 1,64.×106g/mol.

1.2 Tirpalo paruošimas

Mėginys buvo išgrynintas filtruojant, dializuojant ir džiovinant šalčiu.Atitinkamai pasverkite tris kiekybinius mėginius ir įpilkite standartinio buferinio tirpalo, kurio pH 4,00, 6,86, 9,18, kad paruoštumėte reikiamą koncentraciją.Siekiant užtikrinti, kad mėginiai būtų visiškai ištirpę, visi mėginių tirpalai prieš bandymą 48 valandoms buvo dedami ant magnetinės maišyklės.

1.3 Šviesos sklaidos matavimas

Naudodami LLS išmatuokite mėginio, esančio praskiestame vandeniniame tirpale, vidutinę molekulinę masę, hidrodinaminį spindulį ir vidutinį kvadratinį sukimosi spindulį, kai antrasis Villi koeficientas ir skirtingi kampai), ir nuspręskite, kad šis katijoninis celiuliozės eteris yra vandeninis tirpalas pagal jo santykio būseną.

1.4 Klampumo matavimas ir reologinis tyrimas

Koncentruotas CCE tirpalas tirtas Brookfield RVDV-III+ reometru, tirta koncentracijos, krūvio tankio ir pH reikšmės įtaka reologinėms savybėms, tokioms kaip mėginio klampumas.Esant didesnei koncentracijai, būtina ištirti jo tiksotropiją.

2. Rezultatai ir diskusija

2.1 Šviesos sklaidos tyrimai

Dėl ypatingos molekulinės struktūros sunku egzistuoti vienos molekulės pavidalu net ir gerame tirpiklyje, bet tam tikrų stabilių micelių, klasterių ar asociacijų pavidalu.

Kai poliarizaciniu mikroskopu buvo stebimas praskiestas vandeninis CCE tirpalas (~ o, 1%), juodo kryžminio stačiakampio lauko fone atsirado „žvaigždės“ ryškios dėmės ir ryškios juostos.Jam taip pat būdingas šviesos sklaida, dinaminis hidrodinaminis spindulys esant skirtingiems pH ir kampams, vidutinis kvadratinis sukimosi spindulys ir antrasis Villi koeficientas, gautas iš Berry diagramos, yra išvardyti tab.1. Hidrodinaminio spindulio funkcijos pasiskirstymo grafikas, gautas esant 10-5 koncentracijai, daugiausia yra viena smailė, tačiau pasiskirstymas yra labai platus (1 pav.), rodantis, kad sistemoje yra molekulinio lygio asociacijų ir didelių agregatų. ;Yra pokyčių, o Rg / Rb reikšmės yra maždaug 0, 775, o tai rodo, kad CCE forma tirpale yra artima sferinei, bet nepakankamai taisyklinga.PH poveikis Rb ir Rg nėra akivaizdus.Priešionis buferiniame tirpale sąveikauja su CCE, kad apsaugotų jo šoninės grandinės krūvį ir jis susitrauktų, tačiau skirtumas priklauso nuo priešinio tipo.Įkrautų polimerų šviesos sklaidos matavimas yra jautrus ilgo nuotolio jėgos sąveikai ir išoriniams trukdžiams, todėl LLS apibūdinime yra tam tikrų klaidų ir apribojimų.Kai masės dalis yra didesnė nei 0,02%, Rh pasiskirstymo diagramoje dažniausiai yra neatsiejamos dvigubos smailės arba net kelios smailės.Didėjant koncentracijai, Rh taip pat didėja, o tai rodo, kad daugiau makromolekulių yra susieta ar net agreguojama.Kai Cao ir kt.naudojo šviesos sklaidą karboksimetilceliuliozės ir paviršinio aktyvumo makromerų kopolimerui tirti, taip pat buvo neatsiejamos dvigubos smailės, kurių viena buvo nuo 30 nm iki 100 nm, atspindinčių micelių susidarymą molekuliniame lygmenyje, o kita Rh smailė yra santykinai didelis, kuris laikomas suvestiniu, o tai panašu į šiame darbe nustatytus rezultatus.

2.2 Reologinio elgesio tyrimai

2.2.1 Koncentracijos poveikis:Išmatuokite skirtingų koncentracijų KG-30M tirpalų tariamąją klampumą esant skirtingam šlyties greičiui ir pagal Ostwaldo-Dewaele pasiūlytos galios dėsnio lygties logaritminę formą, kai masės dalis neviršija 0,7 %, ir tiesių linijų seriją kurių tiesinės koreliacijos koeficientai buvo didesni nei 0,99.O didėjant koncentracijai, Niutono eksponento n reikšmė mažėja (visi mažiau nei 1), parodydami akivaizdų pseudoplastinį skystį.Veikiamos šlyties jėgos, stambiamolekulinės grandinės pradeda išsipainioti ir orientuotis, todėl klampumas mažėja.Kai masės dalis didesnė nei 0,7%, gautos tiesės tiesinės koreliacijos koeficientas mažėja (apie 0,98), o didėjant koncentracijai n pradeda svyruoti ar net kilti;masės daliai pasiekus 3 % (2 pav.), lentelė Tariamasis klampumas iš pradžių didėja, o po to mažėja didėjant šlyties greičiui.Ši reiškinių serija skiriasi nuo pranešimų apie kitus anijoninius ir katijoninius polimerų tirpalus.n reikšmė pakyla, tai yra susilpnėja neniutono savybė;Niutono skystis yra klampus skystis, o veikiant šlyties įtempiui atsiranda tarpmolekulinis slydimas ir jo negalima atkurti;ne Niutono skystyje yra atsigaunama elastinga dalis ir neatkuriama klampi dalis.Veikiant šlyties įtempimui, tarp molekulių atsiranda negrįžtamas slydimas, o kartu, kadangi makromolekulės yra tempiamos ir orientuojamos šlyties pagalba, susidaro atkuriama elastinga dalis.Pašalinus išorinę jėgą, makromolekulės linkusios grįžti į pradinę susisukusią formą, todėl n reikšmė didėja.Koncentracija ir toliau didėja, kad susidarytų tinklo struktūra.Kai šlyties įtempis mažas, jis nebus sunaikintas ir atsiras tik elastinė deformacija.Šiuo metu elastingumas santykinai padidės, klampumas susilpnės, o n reikšmė sumažės;o šlyties įtempis matavimo metu palaipsniui didėja, todėl n reikšmė svyruoja.Kai masės dalis pasiekia 3%, tariamasis klampumas iš pradžių didėja, o po to mažėja, nes mažoji šlytis skatina makromolekulių susidūrimą, kad susidarytų dideli agregatai, todėl klampumas pakyla, o šlyties įtempis toliau ardo agregatus., klampumas vėl sumažės.

Tirdami tiksotropiją, nustatykite greitį (r/min), kad pasiektumėte norimą y, reguliariai didinkite greitį, kol jis pasieks nustatytą vertę, tada greitai sumažinkite maksimalų greitį iki pradinės vertės, kad gautumėte atitinkamą vertę. Šlyties įtempis, jo ryšys su šlyties greičiu parodytas 3 pav. Kai masės dalis yra mažesnė nei 2,5%, kreivė aukštyn ir žemyn kreivė visiškai persidengia, tačiau kai masės dalis yra 3%, dvi linijos Nr. ilgesnis sutapimas, o žemyn nukreipta linija atsilieka, o tai rodo tiksotropiją.

Šlyties įtempių priklausomybė nuo laiko yra žinoma kaip reologinis atsparumas.Reologinis atsparumas yra būdingas viskoelastingų ir tiksotropinių struktūrų skysčių elgesys.Nustatyta, kad kuo didesnis y yra toje pačioje masės dalyje, tuo r greičiau pasiekia pusiausvyrą, o priklausomybė nuo laiko yra mažesnė;esant mažesnei masės daliai (<2%), CCE nerodo reologinio atsparumo.Kai masės dalis padidėja iki 2,5%, tai rodo didelę priklausomybę nuo laiko (4 pav.), o pusiausvyrai pasiekti reikia apie 10 minučių, o esant 3,0%, pusiausvyros laikas trunka 50 minučių.Gera sistemos tiksotropija yra palanki praktiniam pritaikymui.

2.2.2 Krūvio tankio poveikis:pasirenkama Spencer-Dillon empirinės formulės logaritminė forma, kurioje nulinio pjovimo klampumas b yra pastovus esant tokiai pačiai koncentracijai ir skirtingai temperatūrai, o didėja didėjant koncentracijai toje pačioje temperatūroje.Pagal 1966 m. Onogi priimtą galios dėsnio lygtį M yra santykinė polimero molekulinė masė, A ir B yra konstantos, o c yra masės dalis (%).Fig.5 Trijų kreivių akivaizdūs posūkio taškai yra maždaug 0,6%, tai yra, yra kritinė masės dalis.Daugiau nei 0,6%, nulinio šlyties klampumas sparčiai didėja didėjant koncentracijai C. Trijų mėginių su skirtingu krūvio tankiu kreivės yra labai artimos.Priešingai, kai masės dalis yra nuo 0, 2% iki 0, 8%, LR mėginio, turinčio mažiausią krūvio tankį, klampumas yra didžiausias, nes vandenilio jungties asociacijai reikalingas tam tikras kontaktas.Todėl krūvio tankis yra glaudžiai susijęs su tuo, ar makromolekulės gali būti išdėstytos tvarkingai ir kompaktiškai;Atlikus DSC testą, nustatyta, kad LR kristalizacijos smailė yra silpna, o tai rodo tinkamą krūvio tankį, o nulinio šlyties klampumas yra didesnis esant tokiai pačiai koncentracijai.Kai masės dalis yra mažesnė nei 0,2%, LR yra mažiausias, nes praskiestame tirpale mažo krūvio tankio makromolekulės labiau formuoja ritės orientaciją, todėl nulinio šlyties klampumas yra mažas.Tai turi gerą orientacinę reikšmę tirštinimo efektyvumui.

2.2.3 pH poveikis: Fig. 6 parodytas rezultatas, išmatuotas esant skirtingam pH nuo 0,05 % iki 2,5 % masės dalies.Posūkio taškas yra apie 0,45%, tačiau trys kreivės beveik sutampa, o tai rodo, kad pH neturi akivaizdaus poveikio klampumui be šlyties, kuris visiškai skiriasi nuo anijoninio celiuliozės eterio jautrumo pH.

3. Išvada

KG-30M praskiestas vandeninis tirpalas tiriamas LLS, o gautas hidrodinaminis spindulio pasiskirstymas yra vienas smailės.Iš kampo priklausomybės ir Rg/Rb santykio galima daryti išvadą, kad jo forma artima sferinei, bet nepakankamai taisyklinga.Trijų krūvio tankių CCE tirpalų klampumas didėja didėjant koncentracijai, tačiau Niutono sumedžiojimo skaičius n iš pradžių mažėja, paskui svyruoja ir net kyla;pH turi mažai įtakos klampumui, o esant vidutiniam krūvio tankiui, galima gauti didesnį klampumą.