Effecten van substituenten en molecuulgewicht op oppervlakte-eigenschappen van niet-ionische cellulose-ether

Volgens de impregnatietheorie van Washburn (penetratietheorie) en de combinatietheorie van van Oss-Good-Chaudhury (combinatietheorie) en de toepassing van zuilvormige lonttechnologie (kolomwickingtechniek), kunnen verschillende niet-ionische cellulose-ethers, zoals methylcellulose. De oppervlakte-eigenschappen van cellulose, hydroxypropylcellulose en hydroxypropylmethylcellulose werden getest.Vanwege de verschillende substituenten, substitutiegraden en molecuulgewichten van deze cellulose-ethers, zijn hun oppervlakte-energieën en hun componenten aanzienlijk verschillend.De gegevens laten zien dat de Lewis-base van niet-ionische cellulose-ether groter is dan het Lewis-zuur, en de belangrijkste component van de vrije oppervlakte-energie is de Lifshitz-van der Waals-kracht.De oppervlakte-energie van hydroxypropyl en zijn samenstelling zijn groter dan die van hydroxymethyl.Onder de premisse van dezelfde substituent en substitutiegraad is de vrije oppervlakte-energie van hydroxypropylcellulose evenredig met het molecuulgewicht;terwijl de oppervlakte-vrije energie van hydroxypropylmethylcellulose evenredig is met de substitutiegraad en omgekeerd evenredig met het molecuulgewicht.Uit het experiment bleek ook dat de oppervlakte-energie van de substituent hydroxypropyl en hydroxypropylmethyl in de niet-ionische cellulose-ether groter lijkt te zijn dan de oppervlakte-energie van cellulose, en het experiment bewijst dat de oppervlakte-energie van de geteste cellulose en de samenstelling ervan. in overeenstemming met de literatuur.

Trefwoorden: niet-ionische cellulose-ethers;substituenten en substitutiegraden;molecuulgewicht;oppervlakte-eigenschappen;lont technologie

Cellulose-ether is een grote categorie cellulosederivaten, die kunnen worden onderverdeeld in anionische, kationische en niet-ionische ethers volgens de chemische structuur van hun ethersubstituenten.Cellulose-ether is ook een van de eerste producten die in de polymeerchemie zijn onderzocht en geproduceerd.Tot nu toe is cellulose-ether veel gebruikt in de geneeskunde, hygiëne, cosmetica en de voedingsindustrie.

Hoewel cellulose-ethers, zoals hydroxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose en hydroxypropylmethylcellulose, industrieel zijn geproduceerd en veel van hun eigenschappen zijn bestudeerd, zijn hun oppervlakte-energie, zuur-alkali-reactieve eigenschappen tot nu toe niet gerapporteerd.Aangezien de meeste van deze producten in een vloeibare omgeving worden gebruikt en de oppervlaktekarakteristieken, met name de zuur-base-reactiekarakteristieken, hun gebruik waarschijnlijk zullen beïnvloeden, is het zeer noodzakelijk om de chemische oppervlaktekarakteristieken van deze commerciële cellulose-ether te bestuderen en te begrijpen.

Aangezien de monsters van cellulosederivaten heel gemakkelijk te veranderen zijn met de verandering van bereidingsomstandigheden, gebruikt dit document commerciële producten als monsters om hun oppervlakte-energie te karakteriseren, en op basis hiervan de invloed van substituenten en molecuulgewichten van dergelijke producten op het oppervlak eigenschappen worden bestudeerd.

1. Experimenteel gedeelte

1.1 Grondstoffen

De niet-ionische cellulose-ether die in het experiment werd gebruikt, is het product vanKIMA CHEMISCHE CO.,LTD,.De monsters werden voorafgaand aan het testen aan geen enkele behandeling onderworpen.

Aangezien cellulosederivaten zijn gemaakt van cellulose, liggen de twee structuren dicht bij elkaar en zijn de oppervlakte-eigenschappen van cellulose in de literatuur vermeld, dus gebruikt dit artikel cellulose als het standaardmonster.Het gebruikte cellulosemonster had de codenaam C8002 en werd gekocht bijKIMA, CN.Het monster is tijdens de test niet aan enige behandeling onderworpen.

De in het experiment gebruikte reagentia zijn: ethaan, dijoodmethaan, gedeïoniseerd water, formamide, tolueen, chloroform.Alle vloeistoffen waren analytisch zuivere producten behalve water dat in de handel verkrijgbaar was.

1.2 Experimentele methode

In dit experiment werd de techniek van het opzuigen van de kolom toegepast en werd een gedeelte (ongeveer 10 cm) van een standaardpipet met een binnendiameter van 3 mm gesneden als de kolombuis.Doe elke keer 200 mg poedervormig monster in de kolombuis, schud het om het gelijkmatig te maken en plaats het verticaal op de bodem van de glazen container met een binnendiameter van ongeveer 3 cm, zodat de vloeistof spontaan kan worden geadsorbeerd.Weeg 1 ml van de te testen vloeistof af en doe deze in een glazen recipiënt en noteer tegelijkertijd de onderdompelingstijd t en de onderdompelingsafstand X.Alle experimenten werden uitgevoerd bij kamertemperatuur (25±1°C).Elke gegevens is het gemiddelde van drie herhaalde experimenten.

1.3 Berekening van experimentele gegevens

De theoretische basis voor de toepassing van kolomafvoertechniek om de oppervlakte-energie van poedermaterialen te testen, is de Washburn-impregnatievergelijking (Washburn-penetratievergelijking).

1.3.1 Bepaling van de capillaire effectieve straal Reff van het gemeten monster

Bij toepassing van de Washburn-dompelformule is de voorwaarde voor het bereiken van volledige bevochtiging cos=1.Dit betekent dat wanneer een vloeistof wordt geselecteerd om in een vaste stof te worden ondergedompeld om een ​​volledig natte toestand te bereiken, we de capillaire effectieve straal Reff van het gemeten monster kunnen berekenen door de onderdompelingsafstand en -tijd te testen volgens een speciaal geval van de Washburn-onderdompelingsformule.

1.3.2 Lifshitz-van der Waalskrachtberekening voor het gemeten monster

Volgens de combinatieregels van van Oss-Chaudhury-Good, de relatie tussen de reacties tussen vloeistoffen en vaste stoffen.

1.3.3 Berekening van de Lewiszuur-basekracht van de gemeten monsters

Over het algemeen worden de zuur-base-eigenschappen van vaste stoffen geschat op basis van gegevens die zijn geïmpregneerd met water en formamide.Maar in dit artikel ontdekten we dat er geen probleem is bij het gebruik van dit paar polaire vloeistoffen om cellulose te meten, maar bij de test van cellulose-ether, omdat de onderdompelingshoogte van het polaire oplossingssysteem van water/formamide in cellulose-ether te laag is , wat tijdregistratie erg moeilijk maakt.Daarom werd gekozen voor het door Chibowsk geïntroduceerde tolueen/chloroform-oplossingssysteem.Volgens Chibowski is een tolueen/chloroform polair oplossingssysteem ook een optie.Dit komt omdat deze twee vloeistoffen een zeer speciale zuurgraad en alkaliteit hebben, tolueen heeft bijvoorbeeld geen Lewis-zuurgraad en chloroform heeft geen Lewis-alkaliteit.Om de gegevens verkregen door het tolueen/chloroform-oplossingssysteem dichter bij het aanbevolen polaire oplossingssysteem van water/formamide te krijgen, gebruiken we deze twee polaire vloeistofsystemen om tegelijkertijd cellulose te testen en vervolgens de overeenkomstige uitzettings- of samentrekkingscoëfficiënten te verkrijgen voor het aanbrengen De gegevens verkregen door cellulose-ether te impregneren met tolueen/chloroform komen dicht in de buurt van de conclusies verkregen voor het water/formamide-systeem.Aangezien cellulose-ethers zijn afgeleid van cellulose en er een zeer vergelijkbare structuur tussen de twee is, kan deze schattingsmethode geldig zijn.

1.3.4 Berekening van totale oppervlakte vrije energie

2. Resultaten en discussie

2.1 Cellulosestandaard

Aangezien uit onze testresultaten op cellulosestandaardmonsters bleek dat deze gegevens goed overeenkomen met die in de literatuur, is het redelijk om aan te nemen dat de testresultaten op cellulose-ethers ook in overweging moeten worden genomen.

2.2 Testresultaten en bespreking van cellulose-ether

Tijdens de test van cellulose-ether is het erg moeilijk om de onderdompelingsafstand en -tijd vast te leggen vanwege de zeer lage onderdompelingshoogte van water en formamide.Daarom kiest dit artikel het tolueen/chloroform-oplossingssysteem als alternatieve oplossing en schat de Lewis-zuurgraad van cellulose-ether op basis van de testresultaten van water/formamide en tolueen/chloroform op cellulose en de proportionele relatie tussen de twee oplossingssystemen.en alkalisch vermogen.

Door cellulose als standaardmonster te nemen, wordt een reeks zuur-base-eigenschappen van cellulose-ethers gegeven.Omdat het resultaat van het impregneren van cellulose-ether met tolueen/chloroform direct wordt getest, is het overtuigend.

Dit betekent dat het type en het molecuulgewicht van de substituenten de zuur-base-eigenschappen van cellulose-ether beïnvloeden, en de relatie tussen de twee substituenten, hydroxypropyl en hydroxypropylmethyl, op de zuur-base-eigenschappen van cellulose-ether en het volledig tegengestelde molecuulgewicht.Maar het kan ook te maken hebben met het feit dat parlementsleden gemengde substituenten zijn.

Aangezien de substituenten van M043 en K8913 verschillend zijn en hetzelfde molecuulgewicht hebben, is de substituent van de eerste bijvoorbeeld hydroxymethyl en de substituent van de laatste hydroxypropyl, maar het molecuulgewicht van beide is 100.000, dus het betekent ook dat de uitgangspunt van hetzelfde molecuulgewicht Onder de gegeven omstandigheden kunnen de S+ en S- van de hydroxymethylgroep kleiner zijn dan de hydroxypropylgroep.Maar de substitutiegraad is ook mogelijk, want de substitutiegraad van K8913 is ongeveer 3,00, terwijl die van MO43 slechts 1,90 is.

Aangezien de substitutiegraad en substituenten van K8913 en K9113 hetzelfde zijn maar alleen het molecuulgewicht verschilt, laat de vergelijking tussen de twee zien dat de S+ van hydroxypropylcellulose afneemt met de toename van het molecuulgewicht, maar S- juist toeneemt..

Uit de samenvatting van de testresultaten van de oppervlakte-energie van alle cellulose-ethers en hun componenten kan worden opgemaakt dat of het nu cellulose of cellulose-ether is, de belangrijkste component van hun oppervlakte-energie de Lifshitz-van der Waals-kracht is, goed voor ongeveer 98%~99%.Bovendien zijn de Lifshitz-van der Waals-krachten van deze niet-ionische cellulose-ethers (behalve MO43) meestal ook groter dan die van cellulose, wat aangeeft dat het veretheringsproces van cellulose ook een proces is van toenemende Lifshitz-van der Waals-krachten.En deze toenames leiden ertoe dat de oppervlakte-energie van cellulose-ether groter is dan die van cellulose.Dit fenomeen is erg interessant omdat deze cellulose-ethers vaak worden gebruikt bij de productie van oppervlakteactieve stoffen.Maar de gegevens zijn opmerkelijk, niet alleen omdat de gegevens over het referentiestandaardmonster dat in dit experiment is getest buitengewoon consistent zijn met de waarde die in de literatuur wordt gerapporteerd, de gegevens over het referentiestandaardmonster zijn buitengewoon consistent met de waarde die in de literatuur wordt gerapporteerd, voor voorbeeld: al deze cellulose De SAB van ethers is aanzienlijk kleiner dan die van cellulose, en dit komt door hun zeer grote Lewis-basen.Onder de premisse van dezelfde substituent en substitutiegraad is de vrije oppervlakte-energie van hydroxypropylcellulose evenredig met het molecuulgewicht;terwijl de vrije oppervlakte-energie van hydroxypropylmethylcellulose evenredig is met de substitutiegraad en omgekeerd evenredig met het molecuulgewicht.

Bovendien, omdat cellulose-ethers een grotere SLW hebben dan cellulose, maar we weten al dat hun dispergeerbaarheid beter is dan die van cellulose, kan voorlopig worden aangenomen dat de belangrijkste component van SLW die niet-ionische cellulose-ethers vormt, de Londense kracht zou moeten zijn.

3. Conclusie

Studies hebben aangetoond dat het type substituent, de mate van substitutie en het molecuulgewicht een grote invloed hebben op de oppervlakte-energie en samenstelling van niet-ionische cellulose-ether.En dit effect lijkt de volgende regelmaat te hebben:

(1) S+ van niet-ionische cellulose-ether is kleiner dan S-.

(2) De oppervlakte-energie van niet-ionische cellulose-ether wordt gedomineerd door de Lifshitz-van der Waals-kracht.

(3) Molecuulgewicht en substituenten hebben een effect op de oppervlakte-energie van niet-ionische cellulose-ethers, maar dit hangt voornamelijk af van het type substituenten.

(4) Onder de premisse van dezelfde substituent en substitutiegraad is de vrije oppervlakte-energie van hydroxypropylcellulose evenredig met het molecuulgewicht;terwijl de vrije oppervlakte-energie van hydroxypropylmethylcellulose evenredig is met de substitutiegraad en omgekeerd evenredig met het molecuulgewicht.

(5) Het veretheringsproces van cellulose is een proces waarbij de Lifshitz-van der Waals-kracht toeneemt, en het is ook een proces waarbij de Lewis-zuurgraad afneemt en de Lewis-alkaliteit toeneemt.