Vetitë e tretësirës kationike të eterit të celulozës

Vetitë e solucionit të holluar të një eteri celuloz kationik me densitet të lartë (KG-30M) në vlera të ndryshme pH u studiuan me një instrument shpërndarjeje lazer, nga rrezja hidrodinamike (Rh) në kënde të ndryshme dhe rrezja mesatare katrore e rrotullimit. Rg Raporti ndaj Rh nënkupton se forma e tij është e parregullt, por afër sferës.Më pas, me ndihmën e reometrit, u studiuan në detaje tre tretësira të përqendruara të etereve të celulozës kationike me dendësi të ndryshme ngarkese dhe u diskutua ndikimi i përqendrimit, vlerës së pH dhe densitetit të ngarkesës së tij në vetitë reologjike të saj.Me rritjen e përqendrimit, eksponenti i Njutonit fillimisht u ul dhe më pas u ul.Ndodh luhatje apo edhe rikthim, dhe sjellja tiksotropike ndodh në 3% (fraksioni masiv).Një densitet i moderuar i ngarkesës është i dobishëm për të marrë një viskozitet më të lartë me prerje zero, dhe pH ka pak efekt në viskozitetin e tij.

Fjalët kyçe:eter celuloz kationik;morfologjia;viskozitet i prerjes zero;reologjia

Derivatet e celulozës dhe polimerët e tyre funksionalë të modifikuar janë përdorur gjerësisht në fushën e produkteve fiziologjike dhe sanitare, petrokimike, mjekësi, ushqim, produkte të kujdesit personal, ambalazhim, etj. Eteri celulozë kationik i tretshëm në ujë (CCE) është për shkak të trashjes së tij të fortë. aftësia, përdoret gjerësisht në kimikatet e përditshme, veçanërisht në shampo, dhe mund të përmirësojë krehshmërinë e flokëve pas larjes me shampo.Në të njëjtën kohë, për shkak të përputhshmërisë së tij të mirë, mund të përdoret në shampo dy-në-një dhe të gjitha-në-një.Gjithashtu ka një perspektivë të mirë aplikimi dhe ka tërhequr vëmendjen e vendeve të ndryshme.Është raportuar në literaturë se tretësirat e derivateve të celulozës shfaqin sjellje të tilla si lëngu njutonian, lëngu pseudoplastik, lëngu tiksotrop dhe lëngu viskoelastik me rritjen e përqendrimit, por morfologjia, reologjia dhe faktorët ndikues të eterit kationik të celulozës në tretësirën ujore janë të pakta. raportet kërkimore.Ky punim fokusohet në sjelljen reologjike të tretësirës ujore të celulozës të modifikuar me amonium kuaternar, në mënyrë që të ofrojë një referencë për aplikim praktik.

1. Pjesa eksperimentale

1.1 Lëndët e para

Eter celuloz kationik (KG-30M, JR-30M, LR-30M);Produkti Canada Dow Chemical Company, i ofruar nga Procter & Gamble Company Kobe R&D Center në Japoni, i matur nga analizuesi elementar Vario EL (German Elemental Company), kampioni Përmbajtja e azotit është përkatësisht 2.7%, 1.8%, 1.0% (densiteti i ngarkesës është 1.9 Meq/g, 1.25 Meq/g, përkatësisht 0.7 Meq/g), dhe është testuar nga instrumenti gjerman i shpërndarjes së dritës lazer ALV-5000E (LLS) i matur që pesha e saj pesha mesatare molekulare është rreth 1.64×106 g/mol.

1.2 Përgatitja e tretësirës

Mostra u pastrua me filtrim, dializë dhe tharje në ngrirje.Peshoni një seri prej tre mostrash sasiore përkatësisht dhe shtoni tretësirë ​​standarde tampon me pH 4.00, 6.86, 9.18 për të përgatitur përqendrimin e kërkuar.Për të siguruar që mostrat ishin tretur plotësisht, të gjitha tretësirat e mostrës u vendosën në një përzierës magnetik për 48 orë përpara testimit.

1.3 Matja e shpërndarjes së dritës

Përdorni LLS për të matur peshën mesatare të peshës molekulare të kampionit në tretësirën ujore të holluar, rrezja hidrodinamike dhe rrezja mesatare katrore e rrotullimit kur koeficienti i dytë Villi dhe kënde të ndryshme, dhe nxirrni përfundimin se ky eter kationik celuloz është në tretësira ujore sipas statusit të raportit të saj.

1.4 Matja e viskozitetit dhe hetimi reologjik

Zgjidhja e përqendruar CCE u studiua nga reometri Brookfield RVDV-III+ dhe u hetua ndikimi i përqendrimit, densitetit të ngarkesës dhe vlerës së pH në vetitë reologjike si viskoziteti i mostrës.Në përqendrime më të larta, është e nevojshme të hetohet tiksotropia e tij.

2. Rezultatet dhe diskutimi

2.1 Hulumtimi mbi shpërndarjen e dritës

Për shkak të strukturës së saj të veçantë molekulare, është e vështirë të ekzistojë në formën e një molekule të vetme edhe në një tretës të mirë, por në formën e disa micelave, grupimeve ose asociacioneve të qëndrueshme.

Kur tretësira ujore e holluar (~o.1%) e CCE u vëzhgua me një mikroskop polarizues, nën sfondin e fushës së zezë ortogonale kryq, u shfaqën njolla të ndritshme "yje" dhe shufra të ndritshme.Karakterizohet më tej nga shpërndarja e dritës, rrezja hidrodinamike dinamike në pH dhe kënde të ndryshme, rrezja mesatare katrore e rrotullimit dhe koeficienti i dytë Villi i marrë nga diagrami Berry janë renditur në Tab.1. Grafiku i shpërndarjes së funksionit të rrezes hidrodinamike i marrë në një përqendrim 10-5 është kryesisht një kulm i vetëm, por shpërndarja është shumë e gjerë (Fig. 1), gjë që tregon se ka lidhje të nivelit molekular dhe agregate të mëdhenj në sistem. ;Ka ndryshime, dhe vlerat Rg/Rb janë rreth 0,775, që tregon se forma e CCE në tretësirë ​​është afër sferës, por jo mjaft e rregullt.Efekti i pH në Rb dhe Rg nuk është i dukshëm.Kundërjoni në tretësirën tampon ndërvepron me CCE për të mbrojtur ngarkesën në zinxhirin e tij anësor dhe për ta bërë atë të tkurret, por ndryshimi ndryshon me llojin e kundërjonit.Matja e shpërndarjes së dritës së polimerëve të ngarkuar është e ndjeshme ndaj ndërveprimit të forcës me rreze të gjatë dhe ndërhyrjes së jashtme, kështu që ka gabime dhe kufizime të caktuara në karakterizimin e LLS.Kur fraksioni masiv është më i madh se 0.02%, ka kryesisht maja të dyfishta të pandashme ose edhe maja të shumëfishta në diagramin e shpërndarjes Rh.Me rritjen e përqendrimit, rritet edhe Rh, gjë që tregon se më shumë makromolekula janë të lidhura apo edhe të grumbulluara.Kur Cao et al.përdori shpërndarjen e dritës për të studiuar kopolimerin e celulozës karboksimetil dhe makromerët aktivë në sipërfaqe, kishte gjithashtu maja të dyfishta të pandashme, njëra prej të cilave ishte midis 30 nm dhe 100 nm, që përfaqësonte formimin e micelave në nivel molekular dhe tjetra Rh kulmi është relativisht i madh, i cili konsiderohet të jetë një agregat, i cili është i ngjashëm me rezultatet e përcaktuara në këtë punim.

2.2 Hulumtimi mbi sjelljen reologjike

2.2.1 Efekti i përqendrimit:Matni viskozitetin e dukshëm të tretësirave KG-30M me përqendrime të ndryshme me shpejtësi të ndryshme prerjeje, dhe sipas formës logaritmike të ekuacionit të ligjit të fuqisë të propozuar nga Ostwald-Dewaele, kur fraksioni i masës nuk kalon 0,7% dhe një seri vijash të drejta me koeficientë të korrelacionit linear më të madh se 0.99 janë marrë.Dhe ndërsa përqendrimi rritet, vlera e eksponentit të Njutonit n zvogëlohet (të gjithë më pak se 1), duke treguar një lëng të dukshëm pseudoplastik.Të shtyrë nga forca prerëse, zinxhirët makromolekulare fillojnë të zgjidhen dhe orientohen, kështu që viskoziteti zvogëlohet.Kur fraksioni masiv është më i madh se 0,7%, koeficienti linear i korrelacionit të vijës së drejtë të marrë zvogëlohet (rreth 0,98), dhe n fillon të luhatet ose edhe të rritet me rritjen e përqendrimit;kur fraksioni masiv arrin 3% (Fig. 2), tabela Viskoziteti i dukshëm fillimisht rritet dhe më pas zvogëlohet me rritjen e shpejtësisë së prerjes.Kjo seri fenomenesh është e ndryshme nga raportet e tretësirave të tjera të polimereve anionike dhe kationike.Vlera n rritet, pra, vetia jo-njutoniane dobësohet;Lëngu Njutonian është një lëng viskoz dhe rrëshqitja ndërmolekulare ndodh nën veprimin e stresit prerës dhe nuk mund të rikuperohet;Lëngu jonjutonian përmban një pjesë elastike të rikuperueshme dhe një pjesë viskoze të parikuperueshme.Nën veprimin e stresit prerës ndodh rrëshqitja e pakthyeshme ndërmjet molekulave dhe në të njëjtën kohë, për shkak se makromolekulat shtrihen dhe orientohen me prerje, formohet një pjesë elastike e rikuperueshme.Kur hiqet forca e jashtme, makromolekulat priren të kthehen në formën origjinale të përdredhur, kështu që vlera e n rritet.Përqendrimi vazhdon të rritet për të formuar një strukturë rrjeti.Kur sforcimi i prerjes është i vogël, ai nuk do të shkatërrohet dhe do të ndodhë vetëm deformim elastik.Në këtë kohë, elasticiteti do të rritet relativisht, viskoziteti do të dobësohet dhe vlera e n do të ulet;ndërsa sforcimi i prerjes po rritet gradualisht gjatë procesit të matjes, kështu që n Vlera luhatet.Kur fraksioni i masës arrin 3%, viskoziteti i dukshëm fillimisht rritet dhe më pas zvogëlohet, sepse prerja e vogël nxit përplasjen e makromolekulave për të formuar agregate të mëdhenj, kështu që viskoziteti rritet dhe sforcimi i prerjes vazhdon të thyejë agregatët., viskoziteti do të ulet përsëri.

Në hetimin e tiksotropisë, vendosni shpejtësinë (r/min) për të arritur y-në e dëshiruar, rrisni shpejtësinë në intervale të rregullta derisa të arrijë vlerën e caktuar dhe më pas zbrisni shpejt nga shpejtësia maksimale përsëri në vlerën fillestare për të marrë shpejtësinë përkatëse. Sforcimi i prerjes, marrëdhënia e tij me shpejtësinë e prerjes është paraqitur në figurën 3. Kur fraksioni i masës është më i vogël se 2,5%, kurba lart dhe ajo në rënie mbivendosen plotësisht, por kur fraksioni i masës është 3%, dy vijat nr. mbivendosje më e gjatë dhe vija në rënie mbetet prapa, duke treguar tiksotropinë.

Varësia kohore e stresit prerës njihet si rezistencë reologjike.Rezistenca reologjike është një sjellje karakteristike e lëngjeve viskoelastike dhe lëngjeve me struktura tiksotropike.Është konstatuar se sa më i madh të jetë y në të njëjtën pjesë masive, aq më shpejt r arrin ekuilibrin dhe varësia nga koha është më e vogël;në një fraksion masiv më të ulët (<2%), CCE nuk tregon rezistencë reologjike.Kur fraksioni masiv rritet në 2.5%, tregon një varësi të fortë kohore (Fig. 4) dhe duhen rreth 10 minuta për të arritur ekuilibrin, ndërsa në 3.0%, koha e ekuilibrit merr 50 minuta.Tixotropia e mirë e sistemit është e favorshme për aplikim praktik.

2.2.2 Efekti i densitetit të ngarkesës:zgjidhet forma logaritmike e formulës empirike Spencer-Dillon, në të cilën viskoziteti me prerje zero, b është konstant në të njëjtin përqendrim dhe temperaturë të ndryshme dhe rritet me rritjen e përqendrimit në të njëjtën temperaturë.Sipas ekuacionit të ligjit të fuqisë të miratuar nga Onogi në 1966, M është masa molekulare relative e polimerit, A dhe B janë konstante dhe c është fraksioni masiv (%).Fik.5 Të tre kthesat kanë pika të dukshme të lakimit rreth 0.6%, domethënë ka një fraksion të masës kritike.Më shumë se 0,6%, viskoziteti zero-prerës rritet me shpejtësi me rritjen e përqendrimit C. Lakoret e tre kampioneve me dendësi të ndryshme ngarkese janë shumë afër.Në të kundërt, kur fraksioni masiv është midis 0.2% dhe 0.8%, viskoziteti i prerjes zero të kampionit LR me densitetin më të vogël të ngarkesës është më i madhi, sepse lidhja e lidhjes hidrogjenore kërkon një kontakt të caktuar.Prandaj, dendësia e ngarkesës është e lidhur ngushtë me atë nëse makromolekulat mund të rregullohen në mënyrë të rregullt dhe kompakte;përmes testimit DSC, është gjetur se LR ka një kulm të dobët kristalizimi, që tregon një densitet të përshtatshëm ngarkese dhe viskoziteti i prerjes zero është më i lartë në të njëjtin përqendrim.Kur fraksioni masiv është më i vogël se 0.2%, LR është më i vogli, sepse në tretësirën e holluar, makromolekulat me densitet të ulët të ngarkesës kanë më shumë gjasa të formojnë orientimin e spirales, kështu që viskoziteti me prerje zero është i ulët.Kjo ka një rëndësi të mirë udhëzuese për sa i përket performancës së trashjes.

2.2.3 efekti pH: Fig. 6 është rezultati i matur në pH të ndryshëm brenda intervalit prej 0,05% deri në 2,5% të fraksionit masiv.Ekziston një pikë e përkuljes rreth 0.45%, por të tre kthesat pothuajse mbivendosen, duke treguar se pH nuk ka asnjë efekt të dukshëm në viskozitetin zero-prerje, i cili është mjaft i ndryshëm nga ndjeshmëria e eterit celuloz anionik ndaj pH.

3. Përfundim

Tretësira ujore e holluar KG-30M studiohet nga LLS dhe shpërndarja e rrezes hidrodinamike e marrë është një kulm i vetëm.Nga varësia e këndit dhe raporti Rg/Rb, mund të konkludohet se forma e tij është afër sferës, por jo mjaft e rregullt.Për tretësirat CCE me tre dendësi ngarkese, viskoziteti rritet me rritjen e përqendrimit, por numri i gjuetisë së Njutonit n fillimisht zvogëlohet, pastaj luhatet dhe madje rritet;pH ka pak efekt në viskozitet, dhe një densitet i moderuar i ngarkesës mund të marrë një viskozitet më të lartë.