Egenskaper hos katjonisk cellulosaterlösning

Egenskaperna för utspädd lösning hos en katjonisk cellulosaeter med hög laddningstäthet (KG-30M) vid olika pH-värden studerades med ett laserspridningsinstrument, från den hydrodynamiska radien (Rh) vid olika vinklar, och den genomsnittliga kvadratiska rotationsradien. Rg Förhållandet till Rh drar slutsatsen att dess form är oregelbunden men nära sfärisk.Därefter studerades, med hjälp av reometer, tre koncentrerade lösningar av katjoniska cellulosaetrar med olika laddningstätheter i detalj och diskuterades inverkan av koncentration, pH-värde och dess egen laddningstäthet på dess reologiska egenskaper.När koncentrationen ökade, minskade först Newtons exponent och minskade sedan.Fluktuationer eller till och med återhämtning inträffar, och tixotropt beteende inträffar vid 3 % (massfraktion).En måttlig laddningstäthet är fördelaktig för att erhålla en högre nollskjuvningsviskositet, och pH har liten effekt på dess viskositet.

Nyckelord:katjonisk cellulosaeter;morfologi;noll skjuvviskositet;reologi

Cellulosaderivat och deras modifierade funktionella polymerer har använts i stor utsträckning inom områdena fysiologiska och sanitära produkter, petrokemikalier, medicin, livsmedel, personliga hygienprodukter, förpackningar, etc. Vattenlöslig katjonisk cellulosaeter (CCE) beror på sin med stark förtjockning förmåga, det används ofta i dagliga kemikalier, särskilt schampon, och kan förbättra hårets kambarhet efter schamponering.Samtidigt kan den, på grund av sin goda kompatibilitet, användas i två-i-ett- och allt-i-ett-schampon.Den har också goda ansökningsmöjligheter och har uppmärksammats av olika länder.Det har rapporterats i litteraturen att cellulosaderivatlösningar uppvisar beteenden som Newtonsk vätska, pseudoplastisk vätska, tixotrop vätska och viskoelastisk vätska med ökad koncentration, men morfologin, reologin och påverkande faktorerna för katjonisk cellulosaeter i vattenlösning Det finns få forskningsrapporter.Detta dokument fokuserar på det reologiska beteendet hos kvaternär ammoniummodifierad cellulosavattenlösning, för att ge en referens för praktisk tillämpning.

1. Experimentell del

1.1 Råvaror

Katjonisk cellulosaeter (KG-30M, JR-30M, LR-30M);Canada Dow Chemical Company-produkt, tillhandahållen av Procter & Gamble Company Kobe R&D Center i Japan, mätt med Vario EL elementaranalysator (German Elemental Company), provet Kvävehalten är 2,7 %, 1,8 % respektive 1,0 % (laddningstätheten är 1,9 Mekv/g, 1,25 Mekv/g respektive 0,7 Mekv/g), och den är testad av tyska ALV-5000E laserljusspridningsinstrument (LLS) mätt dess viktmedelmolekylvikt är cirka 1,64×106 g/mol.

1.2 Beredning av lösning

Provet renades genom filtrering, dialys och frystorkning.Väg en serie med tre kvantitativa prov respektive och tillsätt standardbuffertlösning med pH 4,00, 6,86, 9,18 för att förbereda den erforderliga koncentrationen.För att säkerställa att proverna var helt upplösta placerades alla provlösningar på en magnetomrörare i 48 timmar före testning.

1.3 Ljusspridningsmätning

Använd LLS för att mäta provets genomsnittliga molekylvikt i utspädd vattenlösning, den hydrodynamiska radien och rotationsradien för rotation när den andra Villi-koefficienten och olika vinklar, och dra slutsatsen att denna katjoniska cellulosaeter är i vattenlösningen genom dess förhållandestatus.

1.4 Viskositetsmätning och reologisk undersökning

Den koncentrerade CCE-lösningen studerades med Brookfield RVDV-III+ reometer, och inverkan av koncentration, laddningstäthet och pH-värde på reologiska egenskaper såsom provets viskositet undersöktes.Vid högre koncentrationer är det nödvändigt att undersöka dess tixotropi.

2. Resultat och diskussion

2.1 Forskning om ljusspridning

På grund av sin speciella molekylstruktur är det svårt att existera i form av en enda molekyl även i ett bra lösningsmedel, men i form av vissa stabila miceller, kluster eller associationer.

När den utspädda vattenhaltiga lösningen (~0,1%) av CCE observerades med ett polariserande mikroskop, under bakgrunden av det ortogonala svarta korset, uppträdde "stjärniga" ljusa fläckar och ljusa staplar.Den kännetecknas vidare av ljusspridning, den dynamiska hydrodynamiska radien vid olika pH och vinklar, rotmedelvärdet för rotationsradien och den andra Villi-koefficienten som erhålls från Berry-diagrammet är listade i Tab.1. Fördelningsdiagrammet för den hydrodynamiska radiefunktionen som erhålls vid en koncentration av 10-5 är huvudsakligen en enda topp, men fördelningen är mycket bred (Fig. 1), vilket indikerar att det finns associationer på molekylnivå och stora aggregat i systemet ;Det finns förändringar och Rg/Rb-värdena är runt 0,775, vilket indikerar att formen på CCE i lösning är nära sfärisk, men inte tillräckligt regelbunden.Effekten av pH på Rb och Rg är inte uppenbar.Motjonen i buffertlösningen interagerar med CCE för att skydda laddningen på dess sidokedja och få den att krympa, men skillnaden varierar med typen av motjon.Ljusspridningsmätning av laddade polymerer är känsliga för långdistanskraftinteraktion och extern interferens, så det finns vissa fel och begränsningar i LLS-karakterisering.När massfraktionen är större än 0,02 % finns det mestadels oskiljbara dubbla toppar eller till och med flera toppar i Rh-fördelningsdiagrammet.När koncentrationen ökar, ökar också Rh, vilket indikerar att fler makromolekyler är associerade eller till och med aggregerade.När Cao et al.använde ljusspridning för att studera sampolymeren av karboximetylcellulosa och ytaktiva makromerer, det fanns också oskiljbara dubbla toppar, varav en var mellan 30 nm och 100 nm, vilket representerar bildningen av miceller på molekylär nivå, och den andra Toppen Rh är relativt stor, vilket anses vara ett aggregat, vilket liknar resultaten som fastställts i denna artikel.

2.2 Forskning om reologiskt beteende

2.2.1 Effekt av koncentration:Mät den skenbara viskositeten för KG-30M-lösningar med olika koncentrationer vid olika skjuvhastigheter och enligt den logaritmiska formen av kraftlagsekvationen som föreslagits av Ostwald-Dewaele, när massfraktionen inte överstiger 0,7 % och en serie räta linjer med linjära korrelationskoefficienter större än 0,99 erhölls.Och när koncentrationen ökar, minskar värdet på Newtons exponent n (alla mindre än 1), vilket visar en uppenbar pseudoplastisk vätska.Drivna av skjuvkraft börjar de makromolekylära kedjorna att trassla ut och orienteras, så viskositeten minskar.När massfraktionen är större än 0,7 %, minskar den linjära korrelationskoefficienten för den erhållna räta linjen (ca 0,98), och n börjar fluktuera eller till och med stiga med ökningen av koncentrationen;när massfraktionen når 3 % (fig. 2), ökar tabellen Den skenbara viskositeten först och minskar sedan med ökningen av skjuvhastigheten.Denna serie av fenomen skiljer sig från rapporterna om andra anjoniska och katjoniska polymerlösningar.n-värdet stiger, det vill säga den icke-newtonska egenskapen försvagas;Newtonsk vätska är en trögflytande vätska, och intermolekylär glidning sker under inverkan av skjuvspänning och den kan inte återvinnas;icke-newtonsk vätska innehåller en återhämtningsbar elastisk del och en icke återhämtningsbar viskös del.Under inverkan av skjuvspänning uppstår den irreversibla glidningen mellan molekyler, och samtidigt, eftersom makromolekylerna sträcks och orienteras med skjuvningen, bildas en återhämtningsbar elastisk del.När den yttre kraften avlägsnas tenderar makromolekylerna att återgå till den ursprungliga krullade formen, så värdet på n går upp.Koncentrationen fortsätter att öka för att bilda en nätverksstruktur.När skjuvspänningen är liten kommer den inte att förstöras, och endast elastisk deformation kommer att inträffa.Vid denna tidpunkt kommer elasticiteten att vara relativt förbättrad, viskositeten kommer att försvagas och värdet på n kommer att minska;medan skjuvspänningen gradvis ökar under mätningsprocessen, så n Värdet fluktuerar.När massfraktionen når 3%, ökar först den skenbara viskositeten och minskar sedan, eftersom den lilla skjuvningen främjar kollisionen av makromolekyler för att bilda stora aggregat, så viskositeten stiger, och skjuvspänningen fortsätter att bryta aggregaten., kommer viskositeten att minska igen.

I undersökningen av tixotropi, ställ in hastigheten (r/min) för att nå önskat y, öka hastigheten med jämna mellanrum tills den når det inställda värdet, och sänk sedan snabbt från maxhastigheten tillbaka till utgångsvärdet för att erhålla motsvarande Skjuvspänningen, dess samband med skjuvhastigheten visas i fig. 3. När massfraktionen är mindre än 2,5 % överlappar den uppåtgående kurvan och den nedåtgående kurvan fullständigt, men när massfraktionen är 3 % överlappar de två linjerna nr. längre överlappning, och den nedåtgående linjen släpar efter, vilket indikerar tixotropi.

Tidsberoendet av skjuvspänning är känt som reologisk resistens.Reologisk resistens är ett karakteristiskt beteende hos viskoelastiska vätskor och vätskor med tixotropa strukturer.Man har funnit att ju större y är vid samma massfraktion, desto snabbare når r jämvikt och tidsberoendet är mindre;vid en lägre massfraktion (<2%) visar CCE inte reologisk resistens.När massfraktionen ökar till 2,5 % visar den ett starkt tidsberoende (fig. 4), och det tar cirka 10 minuter att nå jämvikt, medan vid 3,0 % tar jämviktstiden 50 minuter.Systemets goda tixotropi bidrar till praktisk tillämpning.

2.2.2 Effekten av laddningstäthet:den logaritmiska formen av Spencer-Dillons empiriska formel väljs, där nollsnittsviskositeten, b är konstant vid samma koncentration och olika temperatur, och ökar med ökningen av koncentrationen vid samma temperatur.Enligt kraftlagsekvationen som antogs av Onogi 1966 är M den relativa molekylmassan för polymeren, A och B är konstanter och c är massfraktionen (%).Fikon．5 De tre kurvorna har uppenbara böjningspunkter runt 0,6 %, det vill säga det finns en kritisk massfraktion.Mer än 0,6 %, nollskjuvningsviskositeten ökar snabbt med ökningen av koncentrationen C. Kurvorna för de tre proverna med olika laddningstätheter är mycket nära.Däremot, när massfraktionen är mellan 0,2 % och 0,8 %, är nollskärningsviskositeten för LR-provet med den minsta laddningstätheten störst, eftersom vätebindningsassociationen kräver en viss kontakt.Därför är laddningstätheten nära relaterad till om makromolekylerna kan ordnas på ett ordnat och kompakt sätt;genom DSC-testning har det visat sig att LR har en svag kristallisationstopp, vilket indikerar en lämplig laddningstäthet, och nollskjuvningsviskositeten är högre vid samma koncentration.När massfraktionen är mindre än 0,2 % är LR den minsta, eftersom makromolekyler med låg laddningstäthet i utspädd lösning är mer benägna att bilda spolorientering, så nollskjuvningsviskositeten är låg.Detta har en god vägledande betydelse vad gäller förtjockningsprestanda.

2.2.3 pH-effekt: Fig. 6 är resultatet uppmätt vid olika pH inom intervallet 0,05 % till 2,5 % massfraktion.Det finns en böjningspunkt runt 0,45 %, men de tre kurvorna överlappar nästan varandra, vilket indikerar att pH inte har någon uppenbar effekt på nollskjuvningsviskositeten, vilket är helt annorlunda än känsligheten hos anjonisk cellulosaeter för pH.

3. Slutsats

KG-30M utspädd vattenlösning studeras av LLS, och den hydrodynamiska radiefördelningen som erhålls är en enda topp.Från vinkelberoendet och Rg/Rb-förhållandet kan man dra slutsatsen att dess form är nära sfärisk, men inte tillräckligt regelbunden.För CCE-lösningarna med tre laddningstätheter ökar viskositeten med ökningen av koncentrationen, men Newtons jakttal n minskar först, sedan fluktuerar och till och med stiger;pH har liten effekt på viskositeten, och en måttlig laddningstäthet kan få en högre viskositet.