Cationic सेल्युलोज ईथर समाधान को गुण

विभिन्न pH मानहरूमा उच्च-चार्ज-घनत्व cationic सेल्युलोज ईथर (KG-30M) को पातलो समाधान गुणहरू विभिन्न कोणहरूमा हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या (Rh) बाट, लेजर स्क्याटरिङ उपकरणको साथ अध्ययन गरियो, र रूट मतलब वर्ग त्रिज्या रोटेशन। Rg र Rh को अनुपातले यसको आकार अनियमित तर गोलाकारको नजिक छ भनेर अनुमान गर्छ।त्यसपछि, रियोमिटरको सहायताले, विभिन्न चार्ज घनत्व भएका क्याटनिक सेल्युलोज इथरहरूको तीनवटा केन्द्रित समाधानहरू विस्तृत रूपमा अध्ययन गरियो, र यसको rheological गुणहरूमा एकाग्रता, pH मान र यसको आफ्नै चार्ज घनत्वको प्रभावबारे छलफल गरियो।एकाग्रता बढ्दै जाँदा, न्यूटनको घातांक पहिले घट्यो र त्यसपछि घट्यो।उतार-चढाव वा रिबाउन्ड पनि हुन्छ, र थिक्सोट्रोपिक व्यवहार 3% (जन अंश) मा हुन्छ।एक मध्यम चार्ज घनत्व उच्च शून्य-कतरनी चिपचिपापन प्राप्त गर्न लाभदायक छ, र pH यसको चिपचिपापन मा कम प्रभाव छ।

मुख्य शब्दहरू:cationic सेल्युलोज ईथर;आकृति विज्ञान;शून्य कतरनी चिपचिपापन;rheology

सेल्युलोज डेरिभेटिभहरू र तिनीहरूको परिमार्जित कार्यात्मक पोलिमरहरू शारीरिक र सेनेटरी उत्पादनहरू, पेट्रोकेमिकलहरू, औषधि, खाना, व्यक्तिगत हेरचाह उत्पादनहरू, प्याकेजिङ, इत्यादिको क्षेत्रमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ। क्षमता, यो व्यापक रूपमा दैनिक रसायनहरू, विशेष गरी शैम्पूहरूमा प्रयोग गरिन्छ, र शैम्पू पछि कपालको संयोजन सुधार गर्न सक्छ।एकै समयमा, यसको राम्रो अनुकूलताको कारण, यो दुई-इन-वन र सबै-मा-एक शैम्पूहरूमा प्रयोग गर्न सकिन्छ।योसँग राम्रो अनुप्रयोग सम्भावना पनि छ र यसले विभिन्न देशहरूको ध्यान आकर्षित गरेको छ।यो साहित्यमा रिपोर्ट गरिएको छ कि सेल्युलोज डेरिभेटिभ समाधानहरूले न्यूटोनियन फ्लुइड, स्यूडोप्लास्टिक फ्लुइड, थिक्सोट्रोपिक फ्लुइड र भिस्कोइलास्टिक फ्लुइड जस्ता व्यवहारहरू एकाग्रताको बृद्धिको साथ प्रदर्शन गर्दछ, तर मोर्फोलोजी, रिओलोजी र क्याटनिक सेल्युलोज ईथरको प्रभावकारी कारकहरू छन्। अनुसन्धान रिपोर्टहरू।यस पेपरले व्यावहारिक अनुप्रयोगको लागि सन्दर्भ प्रदान गर्नको लागि क्वाटरनरी अमोनियम परिमार्जित सेलुलोज जलीय समाधानको rheological व्यवहारमा केन्द्रित छ।

1. प्रयोगात्मक भाग

१.१ कच्चा पदार्थ

Cationic सेल्युलोज ईथर (KG-30M, JR-30M, LR-30M);क्यानाडा डाउ केमिकल कम्पनी उत्पादन, जापानको प्रोक्टर एण्ड ग्याम्बल कम्पनी कोबे आर एन्ड डी केन्द्र द्वारा प्रदान गरिएको, Vario EL एलिमेन्टल एनालाइजर (जर्मन एलिमेन्टल कम्पनी) द्वारा मापन गरिएको, नमूना नाइट्रोजन सामग्री क्रमशः 2.7%, 1.8%, 1.0% (चार्ज घनत्व हो। 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, 0.7 Meq/g क्रमशः), र यो जर्मन ALV-5000E लेजर लाइट स्क्याटरिङ इन्स्ट्रुमेन्ट (LLS) द्वारा परीक्षण गरिएको छ यसको वजन औसत आणविक वजन लगभग 1.64 छ।×१०६ ग्राम/मोल

1.2 समाधान तयारी

नमूना निस्पंदन, डायलाइसिस र फ्रिज-ड्राइङ द्वारा शुद्ध गरिएको थियो।क्रमशः तीन मात्रात्मक नमूनाहरूको श्रृंखला तौल्नुहोस्, र आवश्यक एकाग्रता तयार गर्न pH 4.00, 6.86, 9.18 सँग मानक बफर समाधान थप्नुहोस्।नमूनाहरू पूर्ण रूपमा भंग भएको सुनिश्चित गर्नको लागि, सबै नमूना समाधानहरू परीक्षण गर्नु अघि 48 घण्टाको लागि चुम्बकीय स्टिररमा राखिएको थियो।

1.3 लाइट स्क्याटरिङ मापन

पातलो जलीय घोलमा नमूनाको तौल-औसत आणविक तौल मापन गर्न LLS प्रयोग गर्नुहोस्, हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या र मूल भनेको दोस्रो विल्ली गुणांक र फरक कोणहरू हुँदा परिक्रमाको वर्ग त्रिज्या हो, र अनुमान गर्नुहोस् कि यो cationic सेल्युलोज ईथर भित्र छ। यसको अनुपात स्थिति द्वारा जलीय समाधान।

1.4 भिस्कोसिटी मापन र rheological अनुसन्धान

केन्द्रित CCE समाधान ब्रुकफिल्ड RVDV-III+ rheometer द्वारा अध्ययन गरिएको थियो, र नमूना चिपचिपापन जस्ता rheological गुणहरूमा एकाग्रता, चार्ज घनत्व र pH मानको प्रभावको अनुसन्धान गरिएको थियो।उच्च सांद्रता मा, यो यसको thixotropy अनुसन्धान गर्न आवश्यक छ।

2. परिणाम र छलफल

2.1 लाइट स्क्याटरिङमा अनुसन्धान

यसको विशेष आणविक संरचनाको कारण, राम्रो विलायकमा पनि एकल अणुको रूपमा अवस्थित हुन गाह्रो छ, तर निश्चित स्थिर माइकलहरू, क्लस्टरहरू वा संघहरूको रूपमा।

जब CCE को पातलो जलीय घोल (~o.1%) ध्रुवीकरण माइक्रोस्कोपको साथ अवलोकन गरियो, कालो क्रस अर्थोगोनल फिल्डको पृष्ठभूमिमा, "तारा" उज्यालो दागहरू र उज्यालो बारहरू देखा पर्‍यो।यो थप प्रकाश स्क्याटरिङ, विभिन्न pH र कोणहरूमा गतिशील हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या, घुमाउने मूल वर्ग त्रिज्या र बेरी रेखाचित्रबाट प्राप्त दोस्रो Villi गुणांक ट्याबमा सूचीबद्ध गरिएको छ।1. 10-5 को एकाग्रतामा प्राप्त हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या प्रकार्यको वितरण ग्राफ मुख्यतया एकल शिखर हो, तर वितरण धेरै फराकिलो छ (चित्र 1), प्रणालीमा आणविक-स्तर संघहरू र ठूला समुच्चयहरू छन् भनेर संकेत गर्दछ। ;त्यहाँ परिवर्तनहरू छन्, र Rg/Rb मानहरू ०.७७५ को वरिपरि छन्, यसले सङ्कलनमा CCE को आकार गोलाकारको नजिक छ, तर पर्याप्त मात्रामा छैन भनी सङ्केत गर्छ।Rb र Rg मा pH को प्रभाव स्पष्ट छैन।बफर समाधानमा रहेको काउन्टरनले यसको साइड चेनमा चार्जलाई ढाल्न र यसलाई संकुचित गर्न CCE सँग अन्तरक्रिया गर्छ, तर भिन्नता काउन्टरको प्रकारमा फरक हुन्छ।चार्ज गरिएको पोलिमरहरूको लाइट स्क्याटरिङ मापन लामो-दायरा बल अन्तरक्रिया र बाह्य हस्तक्षेपको लागि अतिसंवेदनशील हुन्छ, त्यसैले LLS विशेषतामा केही त्रुटिहरू र सीमाहरू छन्।जब द्रव्यमान अंश ०.०२% भन्दा ठुलो हुन्छ, Rh वितरण रेखाचित्रमा प्रायः अविभाज्य दोहोरो चुचुराहरू वा धेरै चोटीहरू पनि हुन्छन्।एकाग्रता बढ्दै जाँदा, Rh पनि बढ्छ, यसले सङ्केत गर्छ कि थप म्याक्रोमोलिक्युलहरू सम्बन्धित छन् वा एकत्रित छन्।जब काओ एट अल।कार्बोक्सिमेथिल सेल्युलोज र सतह-सक्रिय म्याक्रोमरहरूको कोपोलिमर अध्ययन गर्न प्रकाश स्क्याटरिङ प्रयोग गरियो, त्यहाँ अविभाज्य डबल शिखरहरू पनि थिए, जसमध्ये एउटा 30nm र 100nm बीचको थियो, जसले आणविक स्तरमा माइकलहरूको गठन प्रतिनिधित्व गर्दछ, र अर्को शिखर Rh अपेक्षाकृत छ। ठूलो, जुन एक समग्र मानिन्छ, जुन यस पेपरमा निर्धारित परिणामहरूसँग मिल्दोजुल्दो छ।

2.2 rheological व्यवहार मा अनुसन्धान

2.2.1 एकाग्रताको प्रभाव:KG-30M समाधानहरूको स्पष्ट चिपचिपापन मापन गर्नुहोस् विभिन्न कतरण दरहरूमा विभिन्न सांद्रताहरू, र Ostwald-Dewaele द्वारा प्रस्तावित पावर कानून समीकरणको लोगारिदमिक रूप अनुसार, जब मास अंश 0.7% भन्दा बढी हुँदैन, र सीधा रेखाहरूको श्रृंखला। ०.९९ भन्दा बढी रैखिक सहसंबंध गुणांकहरू प्राप्त गरियो।र एकाग्रता बढ्दै जाँदा, न्यूटनको घातांक n को मान घट्छ (सबै 1 भन्दा कम), स्पष्ट स्यूडोप्लास्टिक तरल पदार्थ देखाउँदै।कतरनी बल द्वारा संचालित, म्याक्रोमोलेक्युलर चेनहरू उलझन र उन्मुख हुन थाल्छन्, त्यसैले चिपचिपाहट घट्छ।जब द्रव्यमान अंश ०.७% भन्दा बढी हुन्छ, प्राप्त सीधा रेखाको रैखिक सहसंबंध गुणांक घट्छ (लगभग ०.९८), र n एकाग्रताको वृद्धिसँगै उतार चढाव वा बढ्न थाल्छ;जब द्रव्यमान अंश 3% (चित्र 2) पुग्छ, तालिका स्पष्ट चिपचिपापन पहिले बढ्छ र त्यसपछि शियर दरको वृद्धिसँगै घट्छ।घटना को यो श्रृंखला अन्य anionic र cationic बहुलक समाधान को रिपोर्टहरु भन्दा फरक छ।n मूल्य बढ्छ, अर्थात्, गैर-न्यूटोनियन सम्पत्ति कमजोर हुन्छ;न्यूटोनियन फ्लुइड एक चिपचिपा तरल पदार्थ हो, र अन्तरआणविक स्लिपेज शियर तनाव को कार्य अन्तर्गत हुन्छ, र यसलाई पुन: प्राप्त गर्न सकिदैन;गैर-न्यूटोनियन फ्लुइडमा पुन: प्राप्त गर्न सकिने लोचदार भाग र पुन: प्राप्त गर्न नसकिने चिपचिपा भाग हुन्छ।शियर तनावको कार्य अन्तर्गत, अणुहरू बीच अपरिवर्तनीय स्लिप हुन्छ, र एकै समयमा, किनभने म्याक्रोमोलेक्यूलहरू तानिएका छन् र शियरसँग उन्मुख छन्, एक पुन: प्राप्ति योग्य लोचदार भाग बनाइन्छ।जब बाह्य बल हटाइन्छ, म्याक्रोमोलिक्युलहरू मूल कर्ल्ड फारममा फर्कन्छन्, त्यसैले n को मान माथि जान्छ।नेटवर्क संरचना बनाउनको लागि एकाग्रता बढ्न जारी छ।जब कतरनी तनाव सानो छ, यो नष्ट हुनेछैन, र केवल लोचदार विरूपण हुनेछ।यस समयमा, लोच अपेक्षाकृत बढाइनेछ, चिपचिपापन कमजोर हुनेछ, र n को मूल्य घट्नेछ;जब मापन प्रक्रियाको क्रममा शियर तनाव बिस्तारै बढ्दै जान्छ, त्यसैले n मूल्य उतार-चढ़ाव हुन्छ।जब द्रव्यमान अंश 3% पुग्छ, स्पष्ट चिपचिपापन पहिले बढ्छ र त्यसपछि घट्छ, किनभने सानो शियरले ठूलो समुच्चय बनाउन म्याक्रोमोलिक्युलहरूको टक्करलाई बढावा दिन्छ, त्यसैले चिपचिपापन बढ्छ, र शियर तनावले एग्रीगेटहरू तोड्न जारी राख्छ।, चिपचिपापन फेरि कम हुनेछ।

थिक्सोट्रोपीको अनुसन्धानमा, इच्छित y मा पुग्नको लागि गति (r/min) सेट गर्नुहोस्, निर्धारित मानमा नपुगेसम्म नियमित अन्तरालहरूमा गति बढाउनुहोस्, र त्यसपछि सम्बन्धित प्राप्त गर्नको लागि अधिकतम गतिबाट प्रारम्भिक मानमा द्रुत रूपमा झर्नुहोस्। शियर तनाव, कतरण दरसँग यसको सम्बन्ध चित्र 3 मा देखाइएको छ। जब द्रव्यमान अंश 2.5% भन्दा कम हुन्छ, माथिल्लो वक्र र डाउनवर्ड कर्भ पूर्ण रूपमा ओभरल्याप हुन्छ, तर जब मास अंश 3% हुन्छ, दुई रेखाहरू नं. लामो ओभरल्याप हुन्छ, र डाउनवर्ड लाइन पछाडी हुन्छ, थिक्सोट्रोपीलाई संकेत गर्दछ।

शियर तनावको समय निर्भरतालाई rheological प्रतिरोध भनिन्छ।Rheological प्रतिरोध viscoelastic तरल पदार्थ र thixotropic संरचना संग तरल पदार्थ को एक विशेषता व्यवहार हो।यो पाइन्छ कि ठूलो y समान द्रव्यमानको अंशमा छ, छिटो r सन्तुलनमा पुग्छ, र समय निर्भरता सानो छ;कम जन अंशमा (<2%), CCE ले rheological प्रतिरोध देखाउँदैन।जब द्रव्यमान अंश 2.5% मा बढ्छ, यसले बलियो समय निर्भरता देखाउँछ (चित्र 4), र सन्तुलनमा पुग्न लगभग 10 मिनेट लाग्छ, जबकि 3.0% मा, सन्तुलन समय 50 मिनेट लाग्छ।प्रणालीको राम्रो थिक्सोट्रोपी व्यावहारिक अनुप्रयोगको लागि अनुकूल छ।

2.2.2 चार्ज घनत्व को प्रभाव:स्पेन्सर-डिलन प्रायोगिक सूत्रको लोगारिदमिक रूप चयन गरिएको छ, जसमा शून्य-कट चिपचिपापन, b समान एकाग्रता र फरक तापक्रममा स्थिर हुन्छ, र उही तापक्रममा एकाग्रताको वृद्धिसँगै बढ्छ।1966 मा Onogi द्वारा अपनाईएको शक्ति कानून समीकरण अनुसार, M बहुलक को सापेक्ष आणविक द्रव्यमान हो, A र B स्थिरांक हो, र c मास अंश (%) हो।चित्र।5 तीन वक्रहरूमा 0.6% वरिपरि स्पष्ट इन्फ्लेक्शन बिन्दुहरू छन्, अर्थात्, त्यहाँ एक महत्वपूर्ण जन अंश छ।0.6% भन्दा बढी, शून्य-शियर चिपचिपापन एकाग्रता C को बृद्धि संग द्रुत गतिमा बढ्छ। विभिन्न चार्ज घनत्व भएका तीनवटा नमूनाहरूको वक्र धेरै नजिक छ।यसको विपरित, जब द्रव्यमान अंश ०.२% र ०.८% बीचमा हुन्छ, सबैभन्दा सानो चार्ज घनत्व भएको LR नमूनाको शून्य-कट चिपचिपाहट सबैभन्दा ठूलो हुन्छ, किनभने हाइड्रोजन बन्ड एसोसिएसनलाई निश्चित सम्पर्क चाहिन्छ।तसर्थ, चार्ज घनत्व म्याक्रोमोलिक्युलहरू व्यवस्थित र संकुचित रूपमा व्यवस्थित गर्न सकिन्छ कि छैन भन्नेसँग नजिकको सम्बन्ध छ;DSC परीक्षण मार्फत, यो LR मा कमजोर क्रिस्टलाइजेशन शिखर छ, एक उपयुक्त चार्ज घनत्व संकेत गर्दछ, र शून्य-शियर चिपचिपाहट उही एकाग्रतामा उच्च छ।जब द्रव्यमान अंश ०.२% भन्दा कम हुन्छ, LR सबैभन्दा सानो हुन्छ, किनभने पातलो समाधानमा, कम चार्ज घनत्व भएका म्याक्रोमोलिक्युलहरूले कुण्डल अभिमुखीकरण बन्ने सम्भावना बढी हुन्छ, त्यसैले शून्य-शियर चिपचिपाहट कम हुन्छ।यो मोटो प्रदर्शन को मामला मा एक राम्रो मार्गदर्शक महत्व छ।

2.2.3 pH प्रभाव: Fig. 6 0.05% देखि 2.5% मास अंशको दायरा भित्र विभिन्न pH मा मापन गरिएको परिणाम हो।त्यहाँ ०.४५% वरिपरि एक इन्फ्लेक्शन बिन्दु छ, तर तीन वक्रहरू लगभग ओभरल्याप हुन्छन्, यसले संकेत गर्दछ कि pH ले शून्य-शियर चिपचिपाहटमा कुनै स्पष्ट प्रभाव पार्दैन, जुन pH लाई anionic सेल्युलोज ईथरको संवेदनशीलताबाट एकदम फरक छ।

3. निष्कर्ष

KG-30M पातलो जलीय समाधान LLS द्वारा अध्ययन गरिन्छ, र प्राप्त हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या वितरण एकल शिखर हो।कोण निर्भरता र Rg/Rb अनुपातबाट, यो अनुमान गर्न सकिन्छ कि यसको आकार गोलाकारको नजिक छ, तर पर्याप्त नियमित छैन।तीन चार्ज घनत्व भएका CCE समाधानहरूको लागि, एकाग्रताको वृद्धिसँगै चिपचिपाहट बढ्छ, तर न्यूटनको शिकार संख्या n पहिले घट्छ, त्यसपछि उतारचढाव हुन्छ र बढ्छ;pH ले चिपचिपापनमा कम प्रभाव पार्छ, र मध्यम चार्ज घनत्वले उच्च चिपचिपापन प्राप्त गर्न सक्छ।