Cationic सेल्युलोज इथर सोल्यूशनचे गुणधर्म

हाय-चार्ज-डेन्सिटी कॅशनिक सेल्युलोज इथर (KG-30M) च्या विविध pH मूल्यांवर पातळ सोल्युशन गुणधर्मांचा अभ्यास लेसर स्कॅटरिंग इन्स्ट्रुमेंटसह, हायड्रोडायनामिक त्रिज्या (Rh) पासून वेगवेगळ्या कोनातून आणि रूट म्हणजे रोटेशनच्या चौरस त्रिज्याचा अभ्यास केला गेला. Rg Rh चे गुणोत्तर असे दर्शवते की त्याचा आकार अनियमित आहे परंतु गोलाकाराच्या जवळ आहे.त्यानंतर, रिओमीटरच्या सहाय्याने, वेगवेगळ्या चार्ज घनतेसह कॅशनिक सेल्युलोज इथरच्या तीन केंद्रित द्रावणांचा तपशीलवार अभ्यास केला गेला आणि एकाग्रतेचा प्रभाव, pH मूल्य आणि त्याच्या rheological गुणधर्मांवर स्वतःच्या चार्ज घनतेवर चर्चा केली गेली.एकाग्रता वाढल्याने, न्यूटनचे घातांक प्रथम कमी झाले आणि नंतर कमी झाले.चढ-उतार किंवा अगदी प्रतिक्षेप होतो आणि थिक्सोट्रॉपिक वर्तन 3% (वस्तुमान अपूर्णांक) वर येते.उच्च शून्य-शिअर स्निग्धता प्राप्त करण्यासाठी मध्यम चार्ज घनता फायदेशीर आहे आणि pH चा त्याच्या चिकटपणावर थोडासा प्रभाव पडतो.

मुख्य शब्द:cationic सेल्युलोज इथर;आकारविज्ञान;शून्य कातरणे viscosity;rheology

सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्ह्ज आणि त्यांचे सुधारित फंक्शनल पॉलिमर हे फिजियोलॉजिकल आणि सॅनिटरी उत्पादने, पेट्रोकेमिकल्स, औषध, अन्न, वैयक्तिक काळजी उत्पादने, पॅकेजिंग इत्यादी क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले आहेत. पाण्यात विरघळणारे कॅशनिक सेल्युलोज इथर (CCE) मजबूत घट्ट होण्यामुळे आहे. क्षमता, हे दैनंदिन रसायनांमध्ये, विशेषतः शैम्पूमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते आणि शैम्पू केल्यानंतर केसांची कॉम्बेबिलिटी सुधारू शकते.त्याच वेळी, त्याच्या चांगल्या अनुकूलतेमुळे, ते टू-इन-वन आणि ऑल-इन-वन शैम्पूमध्ये वापरले जाऊ शकते.यात अर्ज करण्याची चांगली शक्यता देखील आहे आणि विविध देशांचे लक्ष वेधून घेतले आहे.साहित्यात असे नोंदवले गेले आहे की सेल्युलोज डेरिव्हेटिव्ह सोल्यूशन्स न्यूटोनियन द्रवपदार्थ, स्यूडोप्लास्टिक द्रवपदार्थ, थिक्सोट्रॉपिक द्रवपदार्थ आणि व्हिस्कोइलास्टिक द्रवपदार्थ यांसारख्या वर्तनांचे प्रदर्शन करतात आणि एकाग्रता वाढवतात, परंतु आकारविज्ञान, रिओलॉजी आणि कॅशनिक सेल्युलोज द्रावणावर प्रभाव पाडणारे घटक कमी आहेत. संशोधन अहवाल.व्यावहारिक उपयोगासाठी संदर्भ देण्यासाठी हा पेपर क्वाटरनरी अमोनियम सुधारित सेल्युलोज जलीय द्रावणाच्या rheological वर्तनावर लक्ष केंद्रित करतो.

1. प्रायोगिक भाग

1.1 कच्चा माल

Cationic सेल्युलोज इथर (KG-30M, JR-30M, LR-30M);कॅनडा डाऊ केमिकल कंपनीचे उत्पादन, जपानमधील प्रॉक्टर अँड गॅम्बल कंपनी कोबे R&D केंद्राद्वारे प्रदान केलेले, Vario EL एलिमेंटल अॅनालायझर (जर्मन एलिमेंटल कंपनी) द्वारे मोजलेले, नमुना नायट्रोजन सामग्री अनुक्रमे 2.7%, 1.8%, 1.0% आहे (चार्ज घनता आहे अनुक्रमे 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, 0.7 Meq/g), आणि जर्मन ALV-5000E लेझर लाइट स्कॅटरिंग इन्स्ट्रुमेंट (LLS) द्वारे त्याची चाचणी केली जाते, त्याचे वजन सरासरी आण्विक वजन सुमारे 1.64 आहे.×106 ग्रॅम/मोल

1.2 उपाय तयार करणे

नमुना फिल्टरेशन, डायलिसिस आणि फ्रीज-ड्रायिंगद्वारे शुद्ध करण्यात आला.अनुक्रमे तीन परिमाणवाचक नमुन्यांच्या मालिकेचे वजन करा आणि आवश्यक एकाग्रता तयार करण्यासाठी pH 4.00, 6.86, 9.18 सह मानक बफर सोल्यूशन जोडा.नमुने पूर्णपणे विरघळले आहेत याची खात्री करण्यासाठी, चाचणीपूर्वी 48 तासांसाठी सर्व नमुना द्रावण चुंबकीय स्टिररवर ठेवण्यात आले होते.

1.3 लाइट स्कॅटरिंग मापन

सौम्य जलीय द्रावणात नमुन्याचे वजन-सरासरी आण्विक वजन मोजण्यासाठी LLS वापरा, हायड्रोडायनामिक त्रिज्या आणि रूट म्हणजे रोटेशनची चौरस त्रिज्या जेव्हा दुसरा विली गुणांक आणि भिन्न कोन,), आणि अनुमान काढा की हे कॅशनिक सेल्युलोज इथर आहे. त्याच्या गुणोत्तर स्थितीनुसार जलीय द्रावण.

1.4 स्निग्धता मापन आणि rheological तपासणी

ब्रुकफील्ड RVDV-III+ रिओमीटरद्वारे केंद्रित सीसीई सोल्यूशनचा अभ्यास केला गेला आणि नमुना स्निग्धता सारख्या rheological गुणधर्मांवर एकाग्रता, चार्ज घनता आणि pH मूल्याचा प्रभाव तपासला गेला.उच्च एकाग्रतेवर, त्याच्या थिक्सोट्रॉपीची तपासणी करणे आवश्यक आहे.

2. परिणाम आणि चर्चा

2.1 लाइट स्कॅटरिंगवर संशोधन

त्याच्या विशेष आण्विक रचनेमुळे, एका रेणूच्या रूपात चांगल्या सॉल्व्हेंटमध्ये देखील अस्तित्वात असणे कठीण आहे, परंतु काही स्थिर मायकेल्स, क्लस्टर्स किंवा असोसिएशनच्या रूपात.

ध्रुवीकरण सूक्ष्मदर्शकाद्वारे CCE चे सौम्य जलीय द्रावण (~o.1%) पाहिल्यावर, काळ्या क्रॉस ऑर्थोगोनल फील्डच्या पार्श्वभूमीखाली, “तारा” चमकदार डाग आणि चमकदार पट्ट्या दिसल्या.प्रकाश विखुरणे, वेगवेगळ्या pH आणि कोनांवर डायनॅमिक हायड्रोडायनामिक त्रिज्या, रोटेशनची मूळ सरासरी चौरस त्रिज्या आणि बेरी आकृतीवरून मिळवलेले दुसरे विली गुणांक टॅबमध्ये सूचीबद्ध केले आहेत.1. 10-5 च्या एकाग्रतेवर प्राप्त झालेल्या हायड्रोडायनामिक त्रिज्या फंक्शनचा वितरण आलेख मुख्यतः एकच शिखर आहे, परंतु वितरण खूप विस्तृत आहे (चित्र 1), हे दर्शविते की प्रणालीमध्ये आण्विक-स्तरीय संघटना आणि मोठ्या समुच्चय आहेत. ;तेथे बदल आहेत, आणि Rg/Rb मूल्ये 0.775 च्या आसपास आहेत, हे दर्शविते की द्रावणातील CCE चा आकार गोलाकाराच्या जवळ आहे, परंतु पुरेसा नियमित नाही.Rb आणि Rg वर pH चा परिणाम स्पष्ट नाही.बफर सोल्युशनमधील काउंटरिओन सीसीईशी त्याच्या बाजूच्या साखळीवरील चार्ज संरक्षित करण्यासाठी आणि ते संकुचित करण्यासाठी संवाद साधतो, परंतु फरक काउंटरच्या प्रकारानुसार बदलतो.चार्ज केलेल्या पॉलिमरचे लाइट स्कॅटरिंग मापन दीर्घ-श्रेणीच्या शक्तीच्या परस्परसंवादासाठी आणि बाह्य हस्तक्षेपास संवेदनाक्षम आहे, म्हणून LLS वैशिष्ट्यीकरणामध्ये काही त्रुटी आणि मर्यादा आहेत.जेव्हा वस्तुमानाचा अपूर्णांक 0.02% पेक्षा जास्त असतो, तेव्हा Rh वितरण आकृतीमध्ये बहुतेक अविभाज्य दुहेरी शिखरे किंवा अगदी एकाधिक शिखरे असतात.जसजसे एकाग्रता वाढते तसतसे Rh देखील वाढते, हे दर्शविते की अधिक मॅक्रोमोलिक्युल्स संबंधित आहेत किंवा अगदी एकत्रित आहेत.जेव्हा काओ एट अल.कार्बोक्झिमेथिल सेल्युलोज आणि पृष्ठभाग-सक्रिय मॅक्रोमर्सच्या कॉपॉलिमरचा अभ्यास करण्यासाठी प्रकाश विखुरणे वापरले, तेथे अविभाज्य दुहेरी शिखर देखील होते, त्यापैकी एक 30nm आणि 100nm दरम्यान होता, जो आण्विक स्तरावर मायसेल्सच्या निर्मितीचे प्रतिनिधित्व करतो आणि दुसरे शिखर Rh तुलनेने आहे. मोठे, जे एकंदर मानले जाते, जे या पेपरमध्ये निर्धारित केलेल्या परिणामांसारखे आहे.

2.2 rheological वर्तन संशोधन

2.2.1 एकाग्रतेचा प्रभाव:KG-30M सोल्यूशन्सची स्पष्ट स्निग्धता वेगवेगळ्या एकाग्रतेसह वेगवेगळ्या कातरणे दरांवर मोजा आणि ओस्टवाल्ड-डेवेलने प्रस्तावित केलेल्या पॉवर लॉ समीकरणाच्या लॉगरिदमिक फॉर्मनुसार, जेव्हा वस्तुमान अपूर्णांक 0.7% पेक्षा जास्त नसेल, आणि सरळ रेषांची मालिका. 0.99 पेक्षा जास्त रेखीय सहसंबंध गुणांक प्राप्त झाले.आणि जसजशी एकाग्रता वाढते तसतसे न्यूटनच्या घातांकाचे मूल्य कमी होते (सर्व 1 पेक्षा कमी), स्पष्ट स्यूडोप्लास्टिक द्रवपदार्थ दर्शवितो.कातरण शक्तीने चालवलेल्या, मॅक्रोमोलेक्युलर साखळ्या उलगडू लागतात आणि पूर्वाभिमुख होऊ लागतात, त्यामुळे स्निग्धता कमी होते.जेव्हा वस्तुमान अपूर्णांक 0.7% पेक्षा जास्त असतो, तेव्हा प्राप्त सरळ रेषेचा रेखीय सहसंबंध गुणांक कमी होतो (सुमारे 0.98), आणि n एकाग्रतेच्या वाढीसह चढ-उतार होऊ लागतो किंवा अगदी वाढू लागतो;जेव्हा वस्तुमानाचा अपूर्णांक 3% (चित्र 2) पर्यंत पोहोचतो, तेव्हा सारणी स्पष्ट स्निग्धता प्रथम वाढते आणि नंतर कातरणे दर वाढल्याने कमी होते.घटनांची ही मालिका इतर anionic आणि cationic पॉलिमर सोल्यूशनच्या अहवालांपेक्षा वेगळी आहे.n चे मूल्य वाढते, म्हणजेच न्यूटोनियन नसलेली मालमत्ता कमकुवत होते;न्यूटोनियन द्रवपदार्थ एक चिकट द्रव आहे, आणि आंतर-आण्विक स्लिपेज कातरणे तणावाच्या कृती अंतर्गत उद्भवते, आणि ते पुनर्प्राप्त केले जाऊ शकत नाही;नॉन-न्यूटोनियन द्रवपदार्थामध्ये पुनर्प्राप्त करण्यायोग्य लवचिक भाग आणि पुनर्प्राप्त न करता येणारा चिकट भाग असतो.कातरण तणावाच्या कृती अंतर्गत, रेणूंमधील अपरिवर्तनीय स्लिप होते आणि त्याच वेळी, मॅक्रोमोलिक्यूल्स कातरण्याने ताणलेले आणि अभिमुख असल्यामुळे, एक पुनर्प्राप्त करण्यायोग्य लवचिक भाग तयार होतो.जेव्हा बाह्य शक्ती काढून टाकली जाते, तेव्हा मॅक्रोमोलिक्यूल्स मूळ कर्ल स्वरूपाकडे परत जातात, त्यामुळे n चे मूल्य वाढते.नेटवर्क संरचना तयार करण्यासाठी एकाग्रता वाढतच राहते.जेव्हा कातरण ताण लहान असेल तेव्हा ते नष्ट होणार नाही आणि फक्त लवचिक विकृती होईल.यावेळी, लवचिकता तुलनेने वाढविली जाईल, चिकटपणा कमकुवत होईल आणि n चे मूल्य कमी होईल;मापन प्रक्रियेदरम्यान शिअरचा ताण हळूहळू वाढत असताना, त्यामुळे n मूल्य चढ-उतार होते.जेव्हा वस्तुमान अपूर्णांक 3% पर्यंत पोहोचतो, तेव्हा स्पष्ट स्निग्धता प्रथम वाढते आणि नंतर कमी होते, कारण लहान कातरणे मोठ्या समुच्चय तयार करण्यासाठी मॅक्रोमोलेक्यूल्सच्या टक्करला प्रोत्साहन देते, त्यामुळे स्निग्धता वाढते, आणि कातरणे ताण समुच्चय खंडित करत राहते., स्निग्धता पुन्हा कमी होईल.

थिक्सोट्रॉपीच्या तपासणीमध्ये, इच्छित y पर्यंत पोहोचण्यासाठी वेग (r/min) सेट करा, सेट मूल्यापर्यंत पोहोचेपर्यंत वेग नियमित अंतराने वाढवा आणि त्यानंतर संबंधित प्राप्त करण्यासाठी जास्तीत जास्त वेगापासून ते लवकर प्रारंभिक मूल्यापर्यंत घसरवा. कातरण ताण, कातरणे दराशी त्याचा संबंध आकृती 3 मध्ये दर्शविला आहे. जेव्हा वस्तुमान अपूर्णांक 2.5% पेक्षा कमी असतो, तेव्हा ऊर्ध्वगामी वक्र आणि खालची वक्र पूर्णपणे आच्छादित होते, परंतु जेव्हा वस्तुमान अपूर्णांक 3% असतो तेव्हा दोन ओळी क्र. लांब ओव्हरलॅप, आणि खालची रेषा मागे राहते, थिक्सोट्रॉपी दर्शवते.

कातरणे तणावाच्या वेळेचे अवलंबन rheological resistance म्हणून ओळखले जाते.रिओलॉजिकल रेझिस्टन्स हे व्हिस्कोइलास्टिक द्रव आणि थिक्सोट्रॉपिक रचना असलेल्या द्रवांचे वैशिष्ट्यपूर्ण वर्तन आहे.असे आढळून आले आहे की समान वस्तुमानाच्या अपूर्णांकावर y मोठा आहे, r जलद समतोल गाठतो आणि वेळ अवलंबित्व कमी आहे;कमी वस्तुमान अपूर्णांकावर (<2%), CCE rheological प्रतिकार दर्शवत नाही.जेव्हा वस्तुमान अपूर्णांक 2.5% पर्यंत वाढतो, तेव्हा ते एक मजबूत वेळेचे अवलंबन दर्शवते (चित्र 4), आणि समतोल होण्यासाठी सुमारे 10 मिनिटे लागतात, तर 3.0% वर, समतोल वेळ 50 मिनिटे घेते.प्रणालीची चांगली थिक्सोट्रॉपी व्यावहारिक अनुप्रयोगासाठी अनुकूल आहे.

2.2.2 चार्ज घनतेचा प्रभाव:स्पेन्सर-डिलन प्रायोगिक सूत्राचे लॉगरिदमिक स्वरूप निवडले आहे, ज्यामध्ये शून्य-कट स्निग्धता, b समान एकाग्रता आणि भिन्न तापमानात स्थिर असते आणि त्याच तापमानात एकाग्रतेच्या वाढीसह वाढते.ओनोगीने 1966 मध्ये स्वीकारलेल्या पॉवर लॉ समीकरणानुसार, M हे पॉलिमरचे सापेक्ष आण्विक वस्तुमान आहे, A आणि B स्थिरांक आहेत आणि c हा वस्तुमानाचा अपूर्णांक (%) आहे.अंजीर.5 तिन्ही वक्रांमध्ये 0.6% च्या आसपास स्पष्ट वळण बिंदू आहेत, म्हणजे, एक गंभीर वस्तुमान अपूर्णांक आहे.0.6% पेक्षा जास्त, एकाग्रता C च्या वाढीसह शून्य-शिअर स्निग्धता झपाट्याने वाढते. भिन्न चार्ज घनता असलेल्या तीन नमुन्यांचे वक्र अगदी जवळ आहेत.याउलट, जेव्हा वस्तुमानाचा अपूर्णांक 0.2% आणि 0.8% च्या दरम्यान असतो, तेव्हा सर्वात लहान चार्ज घनतेसह LR नमुन्याची शून्य-कट व्हिस्कोसिटी सर्वात मोठी असते, कारण हायड्रोजन बाँड असोसिएशनला विशिष्ट संपर्क आवश्यक असतो.त्यामुळे, मॅक्रोमोलिक्युल्स व्यवस्थित आणि संक्षिप्त पद्धतीने मांडता येतात की नाही याच्याशी चार्ज घनता जवळून संबंधित आहे;डीएससी चाचणीद्वारे, असे आढळून आले की एलआरमध्ये कमकुवत क्रिस्टलायझेशन शिखर आहे, जे योग्य चार्ज घनता दर्शवते आणि त्याच एकाग्रतेमध्ये शून्य-शिअर स्निग्धता जास्त असते.जेव्हा वस्तुमानाचा अपूर्णांक 0.2% पेक्षा कमी असतो, तेव्हा LR सर्वात लहान असतो, कारण सौम्य द्रावणात, कमी चार्ज घनतेसह मॅक्रोमोलेक्यूल्स कॉइल ओरिएंटेशन बनवण्याची अधिक शक्यता असते, म्हणून शून्य-शिअर स्निग्धता कमी असते.घट्ट होण्याच्या कार्यक्षमतेच्या दृष्टीने हे एक चांगले मार्गदर्शक महत्त्व आहे.

2.2.3 pH प्रभाव: अंजीर 6 हा 0.05% ते 2.5% वस्तुमान अपूर्णांकाच्या श्रेणीतील भिन्न pH वर मोजलेला परिणाम आहे.0.45% च्या आसपास एक इन्फ्लेक्शन पॉइंट आहे, परंतु तीन वक्र जवळजवळ ओव्हरलॅप होतात, जे दर्शविते की शून्य-शिअर व्हिस्कोसिटीवर pH चा कोणताही स्पष्ट प्रभाव नाही, जो अॅनिओनिक सेल्युलोज इथर ते pH च्या संवेदनशीलतेपेक्षा खूप वेगळा आहे.

3. निष्कर्ष

KG-30M सौम्य जलीय द्रावणाचा LLS द्वारे अभ्यास केला जातो आणि प्राप्त केलेले हायड्रोडायनामिक त्रिज्या वितरण हे एकच शिखर आहे.कोन अवलंबित्व आणि Rg/Rb गुणोत्तरावरून, त्याचा आकार गोलाकाराच्या जवळ आहे, परंतु पुरेसा नियमित नाही असा अंदाज लावला जाऊ शकतो.तीन चार्ज घनता असलेल्या सीसीई सोल्यूशन्ससाठी, एकाग्रतेच्या वाढीसह स्निग्धता वाढते, परंतु न्यूटनची शिकार संख्या n प्रथम कमी होते, नंतर चढ-उतार होते आणि अगदी वाढते;pH चा स्निग्धतेवर थोडासा प्रभाव पडतो आणि मध्यम चार्ज घनता जास्त स्निग्धता मिळवू शकते.