Proprjetajiet tas-Soluzzjoni tal-Etere taċ-Ċelluloża Katjonika

Il-proprjetajiet ta 'soluzzjoni dilwita ta' etere taċ-ċelluloża katjoniku b'densità għolja ta 'ċarġ (KG-30M) f'valuri ta' pH differenti ġew studjati bi strument li jxerred bil-lejżer, mir-raġġ idrodinamiku (Rh) f'angoli differenti, u r-raġġ ta 'rotazzjoni kwadrat medju tal-għeruq. Rg Il-proporzjon għal Rh jiddeduċi li l-għamla tiegħu hija irregolari iżda qrib sferika.Imbagħad, bl-għajnuna ta 'rheometer, ġew studjati fid-dettall tliet soluzzjonijiet ikkonċentrati ta' eteri katjoniċi taċ-ċelluloża b'densitajiet ta 'ċarġ differenti, u ġew diskussi l-influwenza tal-konċentrazzjoni, il-valur tal-pH u d-densità ta' ħlas tagħha stess fuq il-proprjetajiet reoloġiċi tagħha.Hekk kif il-konċentrazzjoni żdiedet, l-esponent ta 'Newton l-ewwel naqas u mbagħad naqas.Isseħħ fluttwazzjoni jew saħansitra rebound, u l-imġieba tixotropika sseħħ fi 3% (frazzjoni tal-massa).Densità ta 'ċarġ moderata hija ta' benefiċċju biex tinkiseb viskożità ogħla ta 'shear żero, u l-pH għandu ftit effett fuq il-viskożità tiegħu.

Kliem ewlieni:etere katjoniku taċ-ċelluloża;morfoloġija;viskożità shear żero;reoloġija

Id-derivattivi taċ-ċelluloża u l-polimeri funzjonali modifikati tagħhom intużaw ħafna fl-oqsma tal-prodotti fiżjoloġiċi u sanitarji, petrokimiċi, mediċina, ikel, prodotti għall-kura personali, ippakkjar, eċċ. Ether taċ-ċelluloża katjoniku li jinħall fl-ilma (CCE) huwa dovut għal tiegħu Bil-tħaxxin qawwi kapaċità, huwa użat ħafna fil-kimiċi ta 'kuljum, speċjalment xampù, u jista' jtejjeb il-combability tax-xagħar wara x-shampooing.Fl-istess ħin, minħabba l-kompatibilità tajba tagħha, tista 'tintuża f'shampoos tnejn f'wieħed u kollha f'wieħed.Għandu wkoll prospett ta 'applikazzjoni tajjeb u ġibed l-attenzjoni ta' diversi pajjiżi.Ġie rrappurtat fil-letteratura li s-soluzzjonijiet derivattivi taċ-ċelluloża juru imġieba bħal fluwidu Newtonjan, fluwidu psewdoplastiku, fluwidu tixotropiku u fluwidu viscoelastiku biż-żieda tal-konċentrazzjoni, iżda l-morfoloġija, ir-reoloġija u l-fatturi li jinfluwenzaw l-etere katjoniku taċ-ċelluloża f'soluzzjoni milwiema Hemm ftit rapporti ta’ riċerka.Dan id-dokument jiffoka fuq l-imġieba reoloġika tas-soluzzjoni akwea taċ-ċelluloża modifikata bl-ammonju kwaternarju, sabiex tipprovdi referenza għal applikazzjoni prattika.

1. Parti sperimentali

1.1 Materja prima

Eteru katjoniku taċ-ċelluloża (KG-30M, JR-30M, LR-30M);Il-prodott tal-Kanada Dow Chemical Company, ipprovdut minn Procter & Gamble Company Kobe R&D Center fil-Ġappun, imkejjel mill-analizzatur elementali Vario EL (Kumpanija Elementali Ġermaniża), il-kampjun Il-kontenut tan-nitroġenu huwa 2.7%, 1.8%, 1.0% rispettivament (id-densità tal-ħlas hija 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, 0.7 Meq/g rispettivament), u huwa ttestjat mill-Ġermaniż ALV-5000E laser light Scattering Instrument (LLS) imkejjel il-piż molekulari medju tiegħu huwa madwar 1.64×106g/mol.

1.2 Preparazzjoni tas-soluzzjoni

Il-kampjun kien ippurifikat permezz ta' filtrazzjoni, dijalisi u tnixxif bil-friża.Iżen serje ta 'tliet kampjuni kwantitattivi rispettivament, u żid soluzzjoni buffer standard b'pH 4.00, 6.86, 9.18 biex tipprepara l-konċentrazzjoni meħtieġa.Sabiex jiġi żgurat li l-kampjuni ġew maħlula għal kollox, is-soluzzjonijiet tal-kampjuni kollha tqiegħdu fuq stirrer manjetiku għal 48 siegħa qabel l-ittestjar.

1.3 Kejl tat-tifrix tad-dawl

Uża LLS biex tkejjel il-piż molekulari medju tal-kampjun f'soluzzjoni milwiema dilwita, ir-raġġ idrodinamiku u r-raġġ medju kwadru tar-rotazzjoni meta t-tieni koeffiċjent Villi u angoli differenti, u dedotta li dan l-etere katjoniku taċ-ċelluloża huwa f' is-soluzzjoni milwiema mill-istatus tal-proporzjon tagħha.

1.4 Kejl tal-viskożità u investigazzjoni reoloġika

Is-soluzzjoni kkonċentrata CCE ġiet studjata minn Brookfield RVDV-III + rheometer, u l-influwenza tal-konċentrazzjoni, id-densità ta 'ċarġ u l-valur tal-pH fuq proprjetajiet reoloġiċi bħall-viskożità tal-kampjun ġiet investigata.F'konċentrazzjonijiet ogħla, huwa meħtieġ li tiġi investigata t-tixotropija tagħha.

2. Riżultati u diskussjoni

2.1 Riċerka dwar it-tifrix tad-dawl

Minħabba l-istruttura molekulari speċjali tiegħu, huwa diffiċli li teżisti fil-forma ta 'molekula waħda anki f'solvent tajjeb, iżda fil-forma ta' ċerti miċelli stabbli, raggruppamenti jew assoċjazzjonijiet.

Meta s-soluzzjoni milwiema dilwita (~ o.1%) ta 'CCE ġiet osservata b'mikroskopju polarizzanti, taħt l-isfond tal-kamp ortogonali salib iswed, dehru tikek qawwi ta' "stilla" u vireg qawwi.Huwa kkaratterizzat aktar minn tifrix tad-dawl, ir-raġġ idrodinamiku dinamiku f'pH u angoli differenti, ir-raġġ medju kwadru ta 'rotazzjoni u t-tieni koeffiċjent Villi miksub mid-dijagramma Berry huma elenkati fit-Tab.1. Il-grafika tad-distribuzzjoni tal-funzjoni tar-raġġ idrodinamiku miksuba f'konċentrazzjoni ta '10-5 hija prinċipalment quċċata waħda, iżda d-distribuzzjoni hija wiesgħa ħafna (Fig. 1), li tindika li hemm assoċjazzjonijiet ta' livell molekulari u aggregati kbar fis-sistema ;Hemm bidliet, u l-valuri Rg/Rb huma kollha madwar 0.775, li jindika li l-forma ta 'CCE fis-soluzzjoni hija qrib sferika, iżda mhux regolari biżżejjed.L-effett tal-pH fuq Rb u Rg mhuwiex ovvju.Il-counterion fis-soluzzjoni buffer jinteraġixxi ma 'CCE biex jipproteġi l-ħlas fuq il-katina tal-ġenb tiegħu u jagħmilha tiċkien, iżda d-differenza tvarja skont it-tip ta' counterion.Il-kejl tat-tifrix tad-dawl ta 'polimeri ċċarġjati huwa suxxettibbli għal interazzjoni tal-forza fuq medda twila u interferenza esterna, għalhekk hemm ċerti żbalji u limitazzjonijiet fil-karatterizzazzjoni LLS.Meta l-frazzjoni tal-massa tkun akbar minn 0.02%, hemm l-aktar qċaċet doppji inseparabbli jew saħansitra qċaċet multipli fid-dijagramma tad-distribuzzjoni Rh.Hekk kif il-konċentrazzjoni tiżdied, Rh jiżdied ukoll, li jindika li aktar makromolekuli huma assoċjati jew saħansitra aggregati.Meta Cao et al.uża t-tifrix tad-dawl biex jistudja l-kopolimeru taċ-ċelluloża karbossimetiliċi u makromeri attivi fil-wiċċ, kien hemm ukoll qċaċet doppji inseparabbli, li waħda minnhom kienet bejn 30nm u 100nm, li tirrappreżenta l-formazzjoni ta 'micelles fil-livell molekulari, u l-oħra Il-quċċata Rh hija relattivament kbir, li huwa meqjus bħala aggregat, li huwa simili għar-riżultati determinati f'dan id-dokument.

2.2 Riċerka dwar l-imġiba reoloġika

2.2.1 Effett tal-konċentrazzjoni:Kejjel il-viskożità apparenti ta 'soluzzjonijiet KG-30M b'konċentrazzjonijiet differenti b'rati ta' shear differenti, u skont il-forma logaritmika tal-ekwazzjoni tal-liġi tal-enerġija proposta minn Ostwald-Dewaele, meta l-frazzjoni tal-massa ma taqbiżx 0.7% , u serje ta 'linji dritti b'koeffiċjenti ta 'korrelazzjoni lineari akbar minn 0.99 ġew miksuba.U hekk kif il-konċentrazzjoni tiżdied, il-valur tal-esponent ta 'Newton n jonqos (kollha inqas minn 1), li juri fluwidu psewdoplastiku ovvju.Immexxi mill-forza ta 'shear, il-ktajjen makromolekulari jibdew jinħall u jorjentaw, sabiex il-viskożità tonqos.Meta l-frazzjoni tal-massa tkun akbar minn 0.7%, il-koeffiċjent ta 'korrelazzjoni lineari tal-linja dritta miksuba jonqos (madwar 0.98), u n jibda jvarja jew saħansitra jogħla maż-żieda tal-konċentrazzjoni;meta l-frazzjoni tal-massa tilħaq 3% (Fig. 2), it-tabella Il-viskożità apparenti l-ewwel tiżdied u mbagħad tonqos biż-żieda tar-rata ta 'shear.Din is-serje ta 'fenomeni hija differenti mir-rapporti ta' soluzzjonijiet oħra ta 'polimeri anjoniċi u katjoniċi.Il-valur n jogħla, jiġifieri, il-proprjetà mhux Newtonjana tiddgħajjef;Il-fluwidu newtonjan huwa likwidu viskuż, u ż-żlieq intermolekulari jseħħ taħt l-azzjoni ta 'shear stress, u ma jistax jiġi rkuprat;fluwidu mhux Newtonjan fih parti elastika li tista' tiġi rkuprata u parti viskuża li ma tistax tiġi rkuprata.Taħt l-azzjoni ta 'shear stress, isseħħ iż-żlieq irriversibbli bejn il-molekuli, u fl-istess ħin, minħabba li l-makromolekuli huma mġebbda u orjentati mal-shear, hija ffurmata parti elastika li tista' tiġi rkuprata.Meta titneħħa l-forza esterna, il-makromolekuli għandhom it-tendenza li jirritornaw għall-forma indivja oriġinali, għalhekk Il-valur ta 'n jitla'.Il-konċentrazzjoni tkompli tiżdied biex tifforma struttura tan-netwerk.Meta l-istress shear huwa żgħir, mhux se jinqered, u se sseħħ biss deformazzjoni elastika.F'dan iż-żmien, l-elastiċità se tittejjeb relattivament, il-viskożità tiddgħajjef, u l-valur ta 'n jonqos;filwaqt li l-istress shear qed jiżdied gradwalment matul il-proċess tal-kejl, għalhekk n Il-valur ivarja.Meta l-frazzjoni tal-massa tilħaq 3%, il-viskożità apparenti l-ewwel tiżdied u mbagħad tonqos, minħabba li l-shear żgħir jippromwovi l-ħabta ta 'makromolekuli biex jiffurmaw aggregati kbar, għalhekk il-viskożità togħla, u l-istress shear ikompli jikser l-aggregati., il-viskożità se tonqos mill-ġdid.

Fl-investigazzjoni tat-tixotropija, issettja l-veloċità (r/min) biex tilħaq il-y mixtieqa, żid il-veloċità f'intervalli regolari sakemm tilħaq il-valur stabbilit, u mbagħad tinżel malajr mill-veloċità massima lura għall-valur inizjali biex tikseb il-korrispondenti L-istress shear, ir-relazzjoni tagħha mar-rata ta 'shear hija murija fil-Fig. 3. Meta l-frazzjoni tal-massa hija inqas minn 2.5%, il-kurva 'l fuq u l-kurva 'l isfel jikkoinċidu kompletament, iżda meta l-frazzjoni tal-massa hija 3%, iż-żewġ linji le koinċidenza itwal, u l-linja 'l isfel tibqa' lura, li tindika thixotropy.

Id-dipendenza fuq il-ħin tal-hear stress hija magħrufa bħala reżistenza reoloġika.Ir-reżistenza reoloġika hija mġiba karatteristika ta 'likwidi viscoelastiċi u likwidi bi strutturi tixotropiċi.Jinstab li l-akbar y tkun fl-istess frazzjoni tal-massa, l-aktar mgħaġġel r jilħaq l-ekwilibriju, u d-dipendenza tal-ħin hija iżgħar;fi frazzjoni tal-massa aktar baxxa (<2%), CCE ma jurix reżistenza reoloġika.Meta l-frazzjoni tal-massa tiżdied għal 2.5%, turi dipendenza qawwija fuq il-ħin (Fig. 4), u tieħu madwar 10 minuti biex tilħaq l-ekwilibriju, filwaqt li fi 3.0%, il-ħin tal-ekwilibriju jieħu 50 minuta.It-tixotropija tajba tas-sistema twassal għal applikazzjoni prattika.

2.2.2 L-effett tad-densità tal-ċarġ:tintgħażel il-forma logaritmika tal-formula empirika Spencer-Dillon, li fiha l-viskożità zero-cut, b hija kostanti fl-istess konċentrazzjoni u temperatura differenti, u tiżdied biż-żieda tal-konċentrazzjoni fl-istess temperatura.Skont l-ekwazzjoni tal-liġi tal-qawwa adottata minn Onogi fl-1966, M hija l-massa molekulari relattiva tal-polimeru, A u B huma kostanti, u c hija l-frazzjoni tal-massa (%).Fig．5 It-tliet kurvi għandhom punti ta 'inflessjoni ovvji madwar 0.6%, jiġifieri, hemm frazzjoni tal-massa kritika.Aktar minn 0.6%, il-viskożità zero-shear tiżdied malajr biż-żieda tal-konċentrazzjoni C. Il-kurvi tat-tliet kampjuni b'densitajiet ta 'ċarġ differenti huma qrib ħafna.B'kuntrast, meta l-frazzjoni tal-massa tkun bejn 0.2% u 0.8%, il-viskożità zero-cut tal-kampjun LR bl-iżgħar densità ta 'ċarġ hija l-akbar, minħabba li l-assoċjazzjoni tal-bonds tal-idroġenu teħtieġ ċertu kuntatt.Għalhekk, id-densità ta 'ċarġ hija relatata mill-qrib ma' jekk il-makromolekuli jistgħux jiġu rranġati b'mod ordnat u kompatt;permezz ta 'ttestjar DSC, jinstab li LR għandu quċċata ta' kristallizzazzjoni dgħajfa, li tindika densità ta 'ċarġ xierqa, u l-viskożità zero-shear hija ogħla fl-istess konċentrazzjoni.Meta l-frazzjoni tal-massa tkun inqas minn 0.2%, LR hija l-iżgħar, minħabba li f'soluzzjoni dilwita, makromolekuli b'densità baxxa ta 'ċarġ huma aktar probabbli li jiffurmaw orjentazzjoni ta' coil, għalhekk il-viskożità zero-shear hija baxxa.Dan għandu sinifikat tajjeb ta 'gwida f'termini ta' prestazzjoni ta 'tħaxxin.

2.2.3 Effett tal-pH: Fig. 6 hija r-riżultat imkejjel f'pH differenti fil-medda ta' 0.05% sa 2.5% frazzjoni tal-massa.Hemm punt ta 'inflessjoni madwar 0.45%, iżda t-tliet kurvi kważi jikkoinċidu, li jindika li l-pH m'għandu l-ebda effett ovvju fuq il-viskożità ta' żero-shear, li hija pjuttost differenti mis-sensittività tal-etere anjoniku taċ-ċelluloża għall-pH.

3. Konklużjoni

Is-soluzzjoni akwea dilwita KG-30M hija studjata minn LLS, u d-distribuzzjoni tar-raġġ idrodinamiku miksuba hija quċċata waħda.Mid-dipendenza tal-angolu u l-proporzjon Rg/Rb, jista 'jiġi dedott li l-forma tagħha hija qrib sferika, iżda mhux regolari biżżejjed.Għas-soluzzjonijiet CCE bi tliet densitajiet ta 'ċarġ, il-viskożità tiżdied biż-żieda tal-konċentrazzjoni, iżda n-numru tal-kaċċa ta' Newton l-ewwel jonqos, imbagħad ivarja u saħansitra jogħla;Il-pH għandu ftit effett fuq il-viskożità, u densità ta 'ċarġ moderata tista' tikseb viskożità ogħla.