Sifat-sifat Penyelesaian Eter Selulosa Kationik

Sifat larutan cair eter selulosa kationik berketumpatan cas tinggi (KG-30M) pada nilai pH yang berbeza telah dikaji dengan instrumen penyerakan laser, dari jejari hidrodinamik (Rh) pada sudut yang berbeza, dan purata jejari kuasa dua akar putaran. Rg Nisbah kepada Rh membuat kesimpulan bahawa bentuknya tidak sekata tetapi hampir dengan sfera.Kemudian, dengan bantuan rheometer, tiga larutan pekat eter selulosa kationik dengan ketumpatan cas yang berbeza telah dikaji secara terperinci, dan pengaruh kepekatan, nilai pH dan ketumpatan casnya sendiri terhadap sifat reologinya telah dibincangkan.Apabila kepekatan meningkat, eksponen Newton mula-mula menurun dan kemudian menurun.Turun naik atau lantunan berlaku, dan tingkah laku thixotropic berlaku pada 3% (pecahan jisim).Ketumpatan cas sederhana berfaedah untuk mendapatkan kelikatan sifar ricih yang lebih tinggi, dan pH mempunyai sedikit kesan ke atas kelikatannya.

Kata kunci:eter selulosa kationik;morfologi;kelikatan ricih sifar;reologi

Derivatif selulosa dan polimer fungsinya yang diubah suai telah digunakan secara meluas dalam bidang produk fisiologi dan kebersihan, petrokimia, perubatan, makanan, produk penjagaan diri, pembungkusan, dan lain-lain. Eter selulosa kationik larut air (CCE) disebabkan olehnya Dengan penebalan yang kuat keupayaan, ia digunakan secara meluas dalam bahan kimia harian, terutamanya syampu, dan boleh meningkatkan kebolehcampuran rambut selepas mencuci.Pada masa yang sama, kerana keserasiannya yang baik, ia boleh digunakan dalam syampu dua-dalam-satu dan semua-dalam-satu.Ia juga mempunyai prospek permohonan yang baik dan telah menarik perhatian pelbagai negara.Telah dilaporkan dalam literatur bahawa penyelesaian derivatif selulosa mempamerkan tingkah laku seperti cecair Newtonian, cecair pseudoplastik, cecair thixotropic dan cecair viskoelastik dengan peningkatan kepekatan, tetapi morfologi, reologi dan faktor pengaruh eter selulosa kationik dalam larutan akueus Terdapat sedikit laporan penyelidikan.Kertas kerja ini memberi tumpuan kepada tingkah laku reologi larutan akueus selulosa terubah suai ammonium kuaterner, untuk menyediakan rujukan untuk aplikasi praktikal.

1. Bahagian eksperimen

1.1 Bahan mentah

Eter selulosa kationik (KG-30M, JR-30M, LR-30M);Produk Canada Dow Chemical Company, disediakan oleh Pusat R&D Kobe Syarikat Procter & Gamble di Jepun, diukur oleh penganalisis unsur Vario EL (Syarikat Elemental Jerman), sampel Kandungan nitrogen masing-masing adalah 2.7%, 1.8%, 1.0% (ketumpatan cas ialah 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, 0.7 Meq/g masing-masing), dan ia diuji oleh cahaya laser Jerman ALV-5000E Alat hamburan (LLS) diukur berat purata berat molekulnya ialah kira-kira 1.64×106g/mol.

1.2 Penyediaan penyelesaian

Sampel telah disucikan dengan penapisan, dialisis dan pengeringan beku.Timbang satu siri tiga sampel kuantitatif masing-masing, dan tambah larutan penimbal piawai dengan pH 4.00, 6.86, 9.18 untuk menyediakan kepekatan yang diperlukan.Untuk memastikan sampel terlarut sepenuhnya, semua larutan sampel diletakkan di atas pengacau magnet selama 48 jam sebelum ujian.

1.3 Ukuran serakan cahaya

Gunakan LLS untuk mengukur purata berat molekul sampel dalam larutan akueus cair,, jejari hidrodinamik dan purata akar jejari kuasa dua putaran apabila pekali Villi kedua dan sudut berbeza,), dan simpulkan bahawa eter selulosa kationik ini berada dalam larutan akueus mengikut status nisbahnya.

1.4 Pengukuran kelikatan dan penyiasatan reologi

Larutan CCE pekat telah dikaji oleh rheometer Brookfield RVDV-III+, dan pengaruh kepekatan, ketumpatan cas dan nilai pH ke atas sifat reologi seperti kelikatan sampel telah disiasat.Pada kepekatan yang lebih tinggi, adalah perlu untuk menyiasat thixotropynya.

2. Keputusan dan perbincangan

2.1 Penyelidikan tentang Penyebaran Cahaya

Oleh kerana struktur molekulnya yang istimewa, sukar untuk wujud dalam bentuk molekul tunggal walaupun dalam pelarut yang baik, tetapi dalam bentuk misel, kelompok atau persatuan tertentu yang stabil.

Apabila larutan akueus cair (~o.1%) CCE diperhatikan dengan mikroskop polarisasi, di bawah latar belakang medan ortogon salib hitam, bintik-bintik terang "bintang" dan bar terang muncul.Ia selanjutnya dicirikan oleh penyerakan cahaya, jejari hidrodinamik dinamik pada pH dan sudut yang berbeza, purata jejari kuasa dua punca putaran dan pekali Villi kedua yang diperoleh daripada rajah Berry disenaraikan dalam Tab.1. Graf taburan fungsi jejari hidrodinamik yang diperoleh pada kepekatan 10-5 adalah terutamanya puncak tunggal, tetapi taburannya sangat luas (Rajah 1), menunjukkan bahawa terdapat persatuan peringkat molekul dan agregat besar dalam sistem ;Terdapat perubahan, dan nilai Rg/Rb adalah sekitar 0.775, menunjukkan bahawa bentuk CCE dalam larutan adalah hampir kepada sfera, tetapi tidak cukup teratur.Kesan pH pada Rb dan Rg tidak jelas.Kaunter dalam larutan penimbal berinteraksi dengan CCE untuk melindungi cas pada rantai sisinya dan menjadikannya mengecut, tetapi perbezaannya berbeza mengikut jenis kaunter.Pengukuran taburan cahaya polimer bercas mudah terdedah kepada interaksi daya jarak jauh dan gangguan luaran, jadi terdapat ralat dan batasan tertentu dalam pencirian LLS.Apabila pecahan jisim lebih besar daripada 0.02%, kebanyakannya terdapat puncak berganda yang tidak boleh dipisahkan atau pun berbilang puncak dalam rajah taburan Rh.Apabila kepekatan meningkat, Rh juga meningkat, menunjukkan bahawa lebih banyak makromolekul dikaitkan atau diagregatkan.Apabila Cao et al.menggunakan penyerakan cahaya untuk mengkaji kopolimer selulosa karboksimetil dan makromer aktif permukaan, terdapat juga puncak berganda yang tidak dapat dipisahkan, salah satunya adalah antara 30nm dan 100nm, mewakili pembentukan misel pada tahap molekul, dan satu lagi Puncak Rh adalah relatif besar, yang dianggap sebagai agregat, yang serupa dengan keputusan yang ditentukan dalam kertas ini.

2.2 Penyelidikan tentang tingkah laku reologi

2.2.1 Kesan kepekatan:Ukur kelikatan ketara larutan KG-30M dengan kepekatan berbeza pada kadar ricih yang berbeza, dan mengikut bentuk logaritma persamaan undang-undang kuasa yang dicadangkan oleh Ostwald-Dewaele, apabila pecahan jisim tidak melebihi 0.7% , dan satu siri garis lurus dengan pekali korelasi linear lebih daripada 0.99 diperolehi.Dan apabila kepekatan meningkat, nilai eksponen Newton n berkurangan (semuanya kurang daripada 1), menunjukkan cecair pseudoplastik yang jelas.Didorong oleh daya ricih, rantai makromolekul mula terurai dan berorientasikan, jadi kelikatan berkurangan.Apabila pecahan jisim lebih besar daripada 0.7%, pekali korelasi linear bagi garis lurus yang diperoleh berkurangan (kira-kira 0.98), dan n mula turun naik atau meningkat dengan peningkatan kepekatan;apabila pecahan jisim mencapai 3% (Rajah 2), jadual Kelikatan ketara mula-mula meningkat dan kemudian berkurangan dengan peningkatan kadar ricih.Siri fenomena ini berbeza daripada laporan larutan polimer anionik dan kationik yang lain.Nilai n meningkat, iaitu, sifat bukan Newtonian dilemahkan;Bendalir Newtonian ialah cecair likat, dan gelinciran antara molekul berlaku di bawah tindakan tegasan ricih, dan ia tidak boleh dipulihkan;bendalir bukan Newtonian mengandungi bahagian elastik yang boleh pulih dan bahagian likat yang tidak boleh pulih.Di bawah tindakan tegasan ricih, gelinciran tak boleh balik antara molekul berlaku, dan pada masa yang sama, kerana makromolekul diregangkan dan berorientasikan dengan ricih, bahagian elastik yang boleh dipulihkan terbentuk.Apabila daya luaran disingkirkan, makromolekul cenderung untuk kembali ke bentuk bergulung asal, jadi nilai n meningkat.Kepekatan terus meningkat untuk membentuk struktur rangkaian.Apabila tegasan ricih kecil, ia tidak akan dimusnahkan, dan hanya ubah bentuk elastik akan berlaku.Pada masa ini, keanjalan akan dipertingkatkan secara relatif, kelikatan akan menjadi lemah, dan nilai n akan berkurangan;manakala tegasan ricih meningkat secara beransur-ansur semasa proses pengukuran, jadi n Nilai berubah-ubah.Apabila pecahan jisim mencapai 3%, kelikatan ketara mula-mula meningkat dan kemudian berkurangan, kerana ricih kecil menggalakkan perlanggaran makromolekul untuk membentuk agregat besar, jadi kelikatan meningkat, dan tegasan ricih terus memecahkan agregat., kelikatan akan berkurangan semula.

Dalam penyiasatan thixotropy, tetapkan kelajuan (r/min) untuk mencapai y yang diingini, tingkatkan kelajuan pada selang masa yang tetap sehingga ia mencapai nilai yang ditetapkan, dan kemudian dengan cepat turun dari kelajuan maksimum kembali ke nilai awal untuk mendapatkan yang sepadan. Tegasan ricih, hubungannya dengan kadar ricih ditunjukkan dalam Rajah 3. Apabila pecahan jisim kurang daripada 2.5%, lengkung ke atas dan lengkung ke bawah bertindih sepenuhnya, tetapi apabila pecahan jisim ialah 3%, kedua-dua garis tidak bertindih lebih lama, dan garisan ke bawah ketinggalan, menunjukkan thixotropy.

Kebergantungan masa tegasan ricih dikenali sebagai rintangan rheologi.Rintangan reologi ialah kelakuan ciri cecair viskoelastik dan cecair dengan struktur thixotropic.Didapati bahawa lebih besar y berada pada pecahan jisim yang sama, lebih cepat r mencapai keseimbangan, dan pergantungan masa lebih kecil;pada pecahan jisim yang lebih rendah (<2%), CCE tidak menunjukkan rintangan reologi.Apabila pecahan jisim meningkat kepada 2.5%, ia menunjukkan pergantungan masa yang kuat (Rajah 4), dan ia mengambil masa kira-kira 10 minit untuk mencapai keseimbangan, manakala pada 3.0%, masa keseimbangan mengambil masa 50 minit.Thixotropy yang baik sistem mempunyai kondusif untuk aplikasi praktikal.

2.2.2 Kesan ketumpatan cas:bentuk logaritma formula empirik Spencer-Dillon dipilih, di mana kelikatan potongan sifar, b adalah malar pada kepekatan yang sama dan suhu yang berbeza, dan meningkat dengan peningkatan kepekatan pada suhu yang sama.Menurut persamaan undang-undang kuasa yang diterima pakai oleh Onogi pada tahun 1966, M ialah jisim molekul relatif polimer, A dan B ialah pemalar, dan c ialah pecahan jisim (%).Rajah.5 Ketiga-tiga lengkung mempunyai titik infleksi yang jelas sekitar 0.6%, iaitu, terdapat pecahan jisim kritikal.Lebih daripada 0.6%, kelikatan ricih sifar meningkat dengan cepat dengan peningkatan kepekatan C. Lengkung ketiga-tiga sampel dengan ketumpatan cas yang berbeza adalah sangat rapat.Sebaliknya, apabila pecahan jisim adalah antara 0.2% dan 0.8%, kelikatan potongan sifar sampel LR dengan ketumpatan cas terkecil adalah yang terbesar, kerana persatuan ikatan hidrogen memerlukan sentuhan tertentu.Oleh itu, ketumpatan cas berkait rapat dengan sama ada makromolekul boleh disusun dengan teratur dan padat;melalui ujian DSC, didapati bahawa LR mempunyai puncak penghabluran yang lemah, menunjukkan ketumpatan cas yang sesuai, dan kelikatan ricih sifar adalah lebih tinggi pada kepekatan yang sama.Apabila pecahan jisim kurang daripada 0.2%, LR adalah yang terkecil, kerana dalam larutan cair, makromolekul dengan ketumpatan cas yang rendah lebih cenderung untuk membentuk orientasi gegelung, jadi kelikatan ricih sifar adalah rendah.Ini mempunyai kepentingan panduan yang baik dari segi prestasi penebalan.

2.2.3 kesan pH: Rajah 6 ialah hasil yang diukur pada pH berbeza dalam julat 0.05% hingga 2.5% pecahan jisim.Terdapat titik infleksi sekitar 0.45%, tetapi ketiga-tiga lengkung hampir bertindih, menunjukkan bahawa pH tidak mempunyai kesan yang jelas pada kelikatan ricih sifar, yang agak berbeza daripada sensitiviti eter selulosa anionik kepada pH.

3. Kesimpulan

Larutan akueus cair KG-30M dikaji oleh LLS, dan taburan jejari hidrodinamik yang diperolehi adalah satu puncak.Daripada pergantungan sudut dan nisbah Rg/Rb, boleh disimpulkan bahawa bentuknya hampir dengan sfera, tetapi tidak cukup teratur.Untuk penyelesaian CCE dengan tiga ketumpatan cas, kelikatan meningkat dengan peningkatan kepekatan, tetapi nombor pemburuan Newton n mula-mula berkurangan, kemudian turun naik dan juga meningkat;pH mempunyai sedikit kesan ke atas kelikatan, dan ketumpatan cas sederhana boleh memperoleh kelikatan yang lebih tinggi.