Влияние заместителей и молекулярной массы на поверхностные свойства неионогенного эфира целлюлозы

В соответствии с теорией пропитки Уошберна (теория проникновения) и комбинационной теорией ван Осс-Гуд-Чодхури (теория объединения) и применением технологии столбчатого фитиля (метод колонного фитиля), несколько неионогенных эфиров целлюлозы, таких как метилцеллюлоза. были протестированы целлюлоза, гидроксипропилцеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза.Из-за различных заместителей, степеней замещения и молекулярной массы этих эфиров целлюлозы их поверхностная энергия и их компоненты значительно различаются.Данные показывают, что основание Льюиса неионного эфира целлюлозы больше, чем кислота Льюиса, а основной составляющей свободной поверхностной энергии является сила Лифшица-Ван-дер-Ваальса.Поверхностная энергия гидроксипропила и его состав больше, чем у гидроксиметила.При условии того же заместителя и степени замещения свободная энергия поверхности гидроксипропилцеллюлозы пропорциональна молекулярной массе;тогда как свободная поверхностная энергия гидроксипропилметилцеллюлозы пропорциональна степени замещения и обратно пропорциональна молекулярной массе.Эксперимент также показал, что поверхностная энергия заместителей гидроксипропила и гидроксипропилметила в неионном эфире целлюлозы, по-видимому, больше, чем поверхностная энергия целлюлозы, и эксперимент доказывает, что поверхностная энергия тестируемой целлюлозы и ее состава. согласуется с литературой.

Ключевые слова: неионогенные эфиры целлюлозы;заместители и степени замещения;молекулярная масса;поверхностные свойства;фитильная технология

Эфир целлюлозы представляет собой большую категорию производных целлюлозы, которые можно разделить на анионные, катионные и неионные простые эфиры в соответствии с химической структурой их эфирных заместителей.Эфир целлюлозы также является одним из первых продуктов, исследованных и произведенных в области химии полимеров.До сих пор эфир целлюлозы широко применялся в медицине, гигиене, косметике и пищевой промышленности.

Хотя простые эфиры целлюлозы, такие как гидроксиметилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза, производятся в промышленных масштабах, и многие их свойства изучены, до сих пор не сообщалось об их поверхностной энергии и кислотно-щелочных свойствах.Поскольку большинство этих продуктов используются в жидкой среде, и характеристики поверхности, особенно характеристики кислотно-щелочной реакции, могут повлиять на их использование, очень необходимо изучить и понять химические характеристики поверхности этого коммерческого эфира целлюлозы.

Учитывая, что образцы производных целлюлозы очень легко поддаются изменению при изменении условий получения, в данной работе в качестве образцов используются коммерческие продукты для характеристики их поверхностной энергии, и исходя из этого влияние заместителей и молекулярных масс таких продуктов на поверхность свойства изучаются.

1. Экспериментальная часть

1.1 Сырье

Неионогенный эфир целлюлозы, использованный в эксперименте, представляет собой продуктКИМА ХИМИЧЕСКАЯ КО., ЛТД,.Образцы не подвергались какой-либо обработке перед испытанием.

Учитывая, что производные целлюлозы состоят из целлюлозы, эти две структуры близки, а поверхностные свойства целлюлозы описаны в литературе, поэтому в этой статье целлюлоза используется в качестве стандартного образца.Используемый образец целлюлозы имел кодовое название C8002 и был приобретен вКИМА, CN.Во время испытаний образец не подвергался какой-либо обработке.

Реагенты, использованные в эксперименте: этан, дийодметан, деионизированная вода, формамид, толуол, хлороформ.Все жидкости были аналитически чистыми продуктами, за исключением воды, которая была коммерчески доступна.

1.2 Экспериментальный метод

В этом эксперименте была принята методика фитильной колонки, и в качестве трубки колонки был отрезан участок (около 10 см) стандартной пипетки с внутренним диаметром 3 мм.Каждый раз в пробирку колонки помещают по 200 мг порошкообразного образца, затем встряхивают ее до однородности и ставят вертикально на дно стеклянного сосуда с внутренним диаметром около 3 см, чтобы жидкость могла самопроизвольно адсорбироваться.Взвесьте 1 мл испытуемой жидкости, поместите ее в стеклянную емкость и одновременно запишите время погружения t и расстояние погружения X.Все эксперименты проводились при комнатной температуре (25±1°С).Каждые данные представляют собой среднее значение трех повторных экспериментов.

1.3 Расчет экспериментальных данных

Теоретической основой для применения метода затекания колонки для проверки поверхностной энергии порошковых материалов является уравнение пропитки Уошберна (уравнение проникновения Уошберна).

1.3.1 Определение эффективного радиуса капилляра Reff измеряемого образца

При применении иммерсионной формулы Washburn условие достижения полного смачивания cos=1.Это означает, что когда жидкость выбирается для погружения в твердое тело для достижения полностью влажного состояния, мы можем рассчитать эффективный радиус капилляра Reff измеряемого образца, проверяя расстояние и время погружения в соответствии с особым случаем формулы погружения Уошберна.

1.3.2 Расчет силы Лифшица-ван-дер-Ваальса для измеряемого образца

Согласно правилам объединения ван Осса-Чоудхури-Гуда, связь между реакциями между жидкостями и твердыми телами.

1.3.3 Расчет кислотно-щелочной силы Льюиса измеряемых образцов

В общем случае кислотно-основные свойства твердых тел оценивают по данным пропитки водой и формамидом.Но в этой статье мы обнаружили, что нет проблем при использовании этой пары полярных жидкостей для измерения целлюлозы, но в тесте эфира целлюлозы, потому что высота погружения системы полярного раствора вода/формамид в эфире целлюлозы слишком мала. , что очень затрудняет запись времени.Поэтому была выбрана система растворов толуол/хлороформ, представленная Chibowsk.По словам Чибовски, система полярного раствора толуол/хлороформ также является вариантом.Это связано с тем, что эти две жидкости имеют совершенно особую кислотность и щелочность, например, толуол не имеет кислотности по Льюису, а хлороформ не имеет щелочности по Льюису.Чтобы приблизить данные, полученные системой растворов толуол/хлороформ, к рекомендуемой системе полярных растворов вода/формамид, мы используем эти две системы полярных жидкостей для одновременного тестирования целлюлозы, а затем получаем соответствующие коэффициенты расширения или сжатия. перед применением Данные, полученные при пропитке эфира целлюлозы толуолом/хлороформом, близки к выводам, полученным для системы вода/формамид.Поскольку эфиры целлюлозы получают из целлюлозы, и они имеют очень похожую структуру, этот метод оценки может быть верным.

1.3.4 Расчет полной поверхностной свободной энергии

2. Результаты и обсуждение

2.1 Стандарт целлюлозы

Поскольку результаты наших испытаний стандартных образцов целлюлозы показали, что эти данные хорошо согласуются с данными, представленными в литературе, разумно полагать, что следует также учитывать результаты испытаний простых эфиров целлюлозы.

2.2 Результаты испытаний и обсуждение эфира целлюлозы

Во время испытания эфира целлюлозы очень трудно записать расстояние и время погружения из-за очень малой высоты погружения воды и формамида.Поэтому в данной статье в качестве альтернативного раствора выбрана система растворов толуол/хлороформ, а кислотность эфира целлюлозы по Льюису оценивается на основе результатов испытаний воды/формамида и толуола/хлороформа на целлюлозе и пропорционального соотношения между двумя системами растворов.и щелочная сила.

Взяв за стандартный образец целлюлозу, приведен ряд кислотно-основных характеристик эфиров целлюлозы.Поскольку результат пропитки эфира целлюлозы толуолом/хлороформом непосредственно тестируется, он убедителен.

Это означает, что тип и молекулярная масса заместителей влияют на кислотно-основные свойства эфира целлюлозы, а соотношение между двумя заместителями, гидроксипропилом и гидроксипропилметилом, на кислотно-основные свойства эфира целлюлозы и молекулярную массу совершенно противоположно.Но это также может быть связано с тем, что МЧ являются смешанными заместителями.

Поскольку заместители МО43 и К8913 различны и имеют одинаковую молекулярную массу, например, заместитель первого - гидроксиметил, а заместитель второго - гидроксипропил, но молекулярная масса обоих составляет 100 000, это также означает, что предпосылка одинаковой молекулярной массы. В данных обстоятельствах S+ и S- гидроксиметильной группы могут быть меньше, чем гидроксипропильная группа.Но возможна и степень замещения, так как степень замещения К8913 составляет около 3,00, а у МО43 всего 1,90.

Поскольку степень замещения и заместители К8913 и К9113 одинаковы, а отличается только молекулярная масса, сравнение между ними показывает, что S+ гидроксипропилцеллюлозы уменьшается с увеличением молекулярной массы, а S-, наоборот, увеличивается..

Из сводки результатов испытаний поверхностной энергии всех эфиров целлюлозы и их компонентов видно, что, будь то целлюлоза или эфир целлюлозы, основной составляющей их поверхностной энергии является сила Лифшица-Ван-дер-Ваальса, учитывающая около 98%~99%.Более того, силы Лифшица-Ван-дер-Ваальса этих неионогенных эфиров целлюлозы (кроме МО43) также в основном больше, чем у целлюлозы, что указывает на то, что процесс этерификации целлюлозы также является процессом увеличения сил Лифшица-Ван-дер-Ваальса.И это увеличение приводит к тому, что поверхностная энергия эфира целлюлозы больше, чем у целлюлозы.Это явление очень интересно, потому что эти простые эфиры целлюлозы обычно используются в производстве поверхностно-активных веществ.Но данные заслуживают внимания не только потому, что данные об эталонном стандартном образце, испытанном в этом эксперименте, полностью согласуются со значением, указанным в литературе, данные об эталонном стандартном образце полностью согласуются со значением, указанным в литературе, для пример: все эти целлюлозы SAB эфиров значительно меньше, чем у целлюлозы, и это связано с их очень большими основаниями Льюиса.При условии того же заместителя и степени замещения свободная энергия поверхности гидроксипропилцеллюлозы пропорциональна молекулярной массе;тогда как свободная поверхностная энергия гидроксипропилметилцеллюлозы пропорциональна степени замещения и обратно пропорциональна молекулярной массе.

Кроме того, поскольку эфиры целлюлозы имеют большую ЛПВ, чем целлюлоза, а мы уже знаем, что их диспергируемость лучше, чем у целлюлозы, то можно предварительно считать, что основной составляющей ЛПВ, составляющих неионогенные эфиры целлюлозы, должна быть сила Лондона.

3. Заключение

Исследования показали, что тип заместителя, степень замещения и молекулярная масса оказывают большое влияние на поверхностную энергию и состав неионогенного эфира целлюлозы.И этот эффект, по-видимому, имеет следующую закономерность:

(1) S+ неионного эфира целлюлозы меньше, чем S-.

(2) В поверхностной энергии неионогенного эфира целлюлозы преобладает сила Лифшица-ван-дер-Ваальса.

(3) Молекулярная масса и заместители влияют на поверхностную энергию неионогенных эфиров целлюлозы, но в основном это зависит от типа заместителей.

(4) При одинаковом заместителе и степени замещения свободная энергия поверхности гидроксипропилцеллюлозы пропорциональна молекулярной массе;тогда как свободная поверхностная энергия гидроксипропилметилцеллюлозы пропорциональна степени замещения и обратно пропорциональна молекулярной массе.

(5) Процесс этерификации целлюлозы представляет собой процесс, в котором увеличивается сила Лифшица-Ван-дер-Ваальса, а также процесс, в котором кислотность по Льюису уменьшается, а щелочность по Льюису увеличивается.