Kationik tsellyuloza efir eritmasining xossalari

Yuqori zaryadli zichlikdagi katyonik tsellyuloza efirining (KG-30M) turli pH qiymatlarida suyultirilgan eritmaning xususiyatlari lazerli sochuvchi asbob bilan, turli burchaklardagi gidrodinamik radiusdan (Rh) va ildizning o'rtacha kvadrat radiusi bilan o'rganildi. Rg Rh ga nisbati uning shakli tartibsiz, lekin sharsimon shaklga yaqin ekanligini ko'rsatadi.So‘ngra reometr yordamida zaryad zichligi har xil bo‘lgan kation tsellyuloza efirlarining uchta konsentrlangan eritmasi atroflicha o‘rganilib, uning reologik xossalariga konsentratsiya, pH qiymati va o‘zining zaryad zichligining ta’siri ko‘rib chiqildi.Konsentratsiya ortishi bilan Nyutonning ko‘rsatkichi avval pasaydi, keyin esa kamayadi.Dalgalanish yoki hatto rebound sodir bo'ladi va tiksotropik xatti-harakatlar 3% (massa ulushi) da sodir bo'ladi.O'rtacha zaryad zichligi yuqori nol kesishgan yopishqoqlikni olish uchun foydalidir va pH uning yopishqoqligiga kam ta'sir qiladi.

Kalit so'zlar:kationik tsellyuloza efiri;morfologiya;nol kesish yopishqoqligi;reologiya

Tsellyuloza hosilalari va ularning o'zgartirilgan funktsional polimerlari fiziologik va sanitariya mahsulotlari, neft-kimyo, tibbiyot, oziq-ovqat, shaxsiy parvarishlash mahsulotlari, qadoqlash va boshqalarda keng qo'llaniladi. qobiliyati, u kundalik kimyoviy moddalarda, ayniqsa shampunlarda keng qo'llaniladi va shampundan keyin sochlarning tarash qobiliyatini yaxshilashi mumkin.Shu bilan birga, yaxshi muvofiqligi tufayli u ikkitadan birida va barchasi birda shampunlarda ishlatilishi mumkin.Shuningdek, u yaxshi dastur istiqboliga ega va turli mamlakatlarning e'tiborini tortdi.Adabiyotda tsellyuloza hosilasi eritmalari konsentratsiyasining oshishi bilan Nyuton suyuqligi, psevdoplastik suyuqlik, tiksotrop suyuqlik va yopishqoq suyuqlik kabi xatti-harakatlarni namoyon etishi haqida xabar berilgan, ammo suvli eritmadagi katyonik tsellyuloza efirining morfologiyasi, reologiyasi va ta'sir etuvchi omillari kam. tadqiqot hisobotlari.Ushbu maqola amaliy qo'llash uchun ma'lumotnoma berish uchun to'rtlamchi ammoniy modifikatsiyalangan tsellyuloza suvli eritmasining reologik xatti-harakatlariga qaratilgan.

1. Eksperimental qism

1.1 Xom ashyo

Kationik tsellyuloza efiri (KG-30M, JR-30M, LR-30M);Yaponiyadagi Procter & Gamble kompaniyasi Kobe R&D markazi tomonidan taqdim etilgan Kanada Dow Chemical kompaniyasi mahsuloti, Vario EL elemental analizatori (Germaniya Elemental kompaniyasi) tomonidan o'lchangan, namunadagi azot miqdori mos ravishda 2,7%, 1,8% va 1,0% (zaryad zichligi) 1,9 Meq/g, 1,25 Meq/g, 0,7 Meq/g) va u nemis ALV-5000E lazer nurlarini tarqatuvchi asbob (LLS) tomonidan sinovdan o'tgan, uning vazni o'rtacha molekulyar og'irligi taxminan 1,64 ni tashkil qiladi.×106 g/mol.

1.2 Eritma tayyorlash

Namuna filtrlash, dializ va muzlatish bilan quritish orqali tozalandi.Tegishli ravishda uchta miqdoriy namunalar seriyasini torting va kerakli konsentratsiyani tayyorlash uchun pH 4,00, 6,86, 9,18 bo'lgan standart bufer eritmasini qo'shing.Namunalar to'liq eriganligiga ishonch hosil qilish uchun barcha namuna eritmalari sinovdan oldin 48 soat davomida magnit aralashtirgichga joylashtirildi.

1.3 Yorug'likning tarqalishini o'lchash

LLS dan suyultirilgan suvli eritmadagi namunaning o'rtacha og'irlikdagi molekulyar og'irligini, gidrodinamik radiusni va ikkinchi Villi koeffitsienti va turli burchaklarda aylanishning ildiz o'rtacha kvadrat radiusini o'lchash uchun foydalaning va bu katyonik tsellyuloza efiri ichida ekanligini xulosa qiling. suvli eritmaning nisbati holati bo'yicha.

1.4 Yopishqoqlikni o'lchash va reologik tekshirish

Konsentrlangan CCE eritmasi Brookfield RVDV-III+ reometri tomonidan o'rganildi va konsentratsiya, zaryad zichligi va pH qiymatining namuna viskozitesi kabi reologik xususiyatlarga ta'siri o'rganildi.Yuqori konsentratsiyalarda uning tiksotropiyasini o'rganish kerak.

2. Natijalar va muhokama

2.1 Yorug'likning tarqalishi bo'yicha tadqiqotlar

Maxsus molekulyar tuzilishi tufayli u yaxshi erituvchida ham bitta molekula shaklida, lekin ma'lum barqaror mitsellalar, klasterlar yoki assotsiatsiyalar shaklida mavjud bo'lishi qiyin.

CCE ning suyultirilgan suvli eritmasi (~o,1%) polarizatsiya qiluvchi mikroskop bilan kuzatilganda, qora xoch ortogonal maydon fonida "yulduzcha" yorqin dog'lar va yorqin chiziqlar paydo bo'ldi.U yorug'likning tarqalishi bilan tavsiflanadi, turli pH va burchaklardagi dinamik gidrodinamik radius, aylanishning o'rtacha kvadrat radiusi va Berri diagrammasidan olingan ikkinchi Villi koeffitsienti Tabda keltirilgan.1. 10-5 kontsentratsiyada olingan gidrodinamik radius funksiyasining tarqalish grafigi asosan bitta tepalik, lekin taqsimot juda keng (1-rasm), bu tizimda molekulyar darajadagi assotsiatsiyalar va katta agregatlar mavjudligini ko'rsatadi. ;O'zgarishlar mavjud va Rg/Rb qiymatlari taxminan 0,775 ni tashkil qiladi, bu eritmadagi CCE shakli sharsimon shaklga yaqin ekanligini, ammo etarlicha muntazam emasligini ko'rsatadi.Rb va Rg ga pH ning ta'siri aniq emas.Bufer eritmasidagi qarama-qarshi ion CCE bilan o'zaro ta'sir qilib, uning yon zanjiridagi zaryadni himoya qiladi va uni qisqaradi, ammo farq qarshi ion turiga qarab farq qiladi.Zaryadlangan polimerlarning yorug'lik tarqalishini o'lchash uzoq masofali kuchlarning o'zaro ta'siriga va tashqi shovqinlarga sezgir, shuning uchun LLS xarakteristikasida ma'lum xatolar va cheklovlar mavjud.Massa ulushi 0,02% dan ortiq bo'lsa, Rh taqsimot diagrammasida asosan ajralmas ikki tomonlama tepaliklar yoki hatto bir nechta tepaliklar mavjud.Konsentratsiyaning oshishi bilan Rh ham ortadi, bu ko'proq makromolekulalar bog'langan yoki hatto yig'ilganligini ko'rsatadi.Qachon Cao va boshqalar.karboksimetil tsellyuloza va sirt faol makromerlarning sopolimerini o'rganish uchun yorug'lik tarqalishidan foydalangan, shuningdek, ajralmas qo'sh cho'qqilar mavjud bo'lib, ulardan biri molekulyar darajadagi mitsellalarning shakllanishini ifodalovchi 30 nm dan 100 nm gacha bo'lgan, ikkinchisi esa Rh cho'qqisi nisbatan. katta, bu agregat deb hisoblanadi, bu ushbu maqolada aniqlangan natijalarga o'xshash.

2.2 Reologik xatti-harakatlar bo'yicha tadqiqotlar

2.2.1 Konsentratsiyaning ta'siri:Har xil konsentratsiyali KG-30M eritmalarining ko'rinadigan yopishqoqligini har xil kesish tezligida va Ostvald-Dewaele tomonidan taklif qilingan kuch qonuni tenglamasining logarifmik shakli bo'yicha, massa ulushi 0,7% dan oshmaganda va bir qator to'g'ri chiziqlarni o'lchang. 0,99 dan katta chiziqli korrelyatsiya koeffitsientlari bilan olingan.Va konsentratsiya oshgani sayin, Nyutonning n ko'rsatkichining qiymati kamayadi (barchasi 1 dan kichik), bu aniq psevdoplastik suyuqlikni ko'rsatadi.Kesish kuchi ta'sirida makromolekulyar zanjirlar yechila boshlaydi va yo'naltiriladi, shuning uchun yopishqoqlik kamayadi.Massa ulushi 0,7% dan katta bo'lsa, olingan to'g'ri chiziqning chiziqli korrelyatsiya koeffitsienti kamayadi (taxminan 0,98), va konsentratsiyaning ortishi bilan n o'zgarib yoki hatto ko'tarila boshlaydi;massa ulushi 3% ga yetganda (2-rasm), jadval Ko'rinadigan yopishqoqlik birinchi navbatda ortadi, so'ngra kesish tezligi oshishi bilan kamayadi.Ushbu hodisalar seriyasi boshqa anion va katyonik polimer eritmalarining hisobotlaridan farq qiladi.n qiymati oshadi, ya'ni Nyutonga xos bo'lmagan xususiyat zaiflashadi;Nyuton suyuqligi yopishqoq suyuqlik bo'lib, siljish kuchlanishi ta'sirida molekulalararo sirpanish sodir bo'ladi va uni qaytarib bo'lmaydi;Nyuton bo'lmagan suyuqlikda qayta tiklanadigan elastik qism va tiklanmaydigan yopishqoq qism mavjud.Kesish kuchlanishi ta'sirida molekulalar orasidagi qaytarilmas sirpanish sodir bo'ladi va shu bilan birga, makromolekulalar cho'zilgan va siljish bilan yo'naltirilganligi sababli tiklanadigan elastik qism hosil bo'ladi.Tashqi kuch olib tashlanganida, makromolekulalar dastlabki jingalak shaklga qaytishga intiladi, shuning uchun n qiymati ko'tariladi.Tarmoq tuzilishini shakllantirish uchun kontsentratsiya o'sishda davom etmoqda.Kesish kuchlanishi kichik bo'lsa, u buzilmaydi va faqat elastik deformatsiya paydo bo'ladi.Bu vaqtda elastiklik nisbatan kuchayadi, yopishqoqlik zaiflashadi va n qiymati kamayadi;o'lchash jarayonida siljish kuchlanishi asta-sekin ortib bormoqda, shuning uchun n Qiymat o'zgarib turadi.Massa ulushi 3% ga yetganda, ko'rinadigan yopishqoqlik birinchi navbatda ortadi, keyin esa kamayadi, chunki kichik siljish makromolekulalar to'qnashib, katta agregatlar hosil bo'lishiga yordam beradi, shuning uchun yopishqoqlik ko'tariladi va siljish kuchlanishi agregatlarni buzishda davom etadi., yopishqoqlik yana pasayadi.

Tiksotropiyani o'rganishda kerakli y ga erishish uchun tezlikni (r/min) o'rnating, belgilangan qiymatga yetguncha tezlikni muntazam ravishda oshiring va keyin mos keladigan qiymatni olish uchun tezlikni maksimal tezlikdan boshlang'ich qiymatga qaytaring. Kesish kuchlanishi, uning siljish tezligi bilan bog'liqligi 3-rasmda ko'rsatilgan. Massa ulushi 2,5% dan kam bo'lsa, yuqoriga egri chiziq va pastga egri to'liq bir-biriga to'g'ri keladi, lekin massa ulushi 3% bo'lsa, ikki chiziq yo'q. uzunroq bir-biriga yopishadi va pastga qarab chiziq orqada qolib, tiksotropiyani ko'rsatadi.

Kesish kuchlanishining vaqtga bog'liqligi reologik qarshilik deb nomlanadi.Reologik qarshilik viskoelastik suyuqliklar va tiksotropik tuzilishga ega suyuqliklarning xarakterli harakatidir.Aniqlanishicha, y qanchalik katta bo'lsa, bir xil massa ulushida bo'lsa, r tezroq muvozanatga erishadi va vaqtga bog'liqlik kichikroq bo'ladi;pastroq massa ulushida (<2%), CCE reologik qarshilik ko'rsatmaydi.Massa ulushi 2,5% ga oshganda, u kuchli vaqtga bog'liqligini ko'rsatadi (4-rasm) va muvozanatga erishish uchun taxminan 10 daqiqa kerak bo'lsa, 3,0% da muvozanat vaqti 50 minutni oladi.Tizimning yaxshi tiksotropiyasi amaliy qo'llash uchun qulaydir.

2.2.2 Zaryad zichligining ta'siri:Spenser-Dillon empirik formulasining logarifmik shakli tanlanadi, unda nol kesimli yopishqoqlik, b bir xil konsentratsiyada va har xil haroratda doimiy bo'ladi va bir xil haroratda konsentratsiyaning ortishi bilan ortadi.1966 yilda Onogi tomonidan qabul qilingan kuch qonuni tenglamasiga ko'ra, M - polimerning nisbiy molekulyar massasi, A va B - doimiylar, c - massa ulushi (%).Anjir.5 Uchta egri chiziq 0,6% atrofida aniq burilish nuqtalariga ega, ya'ni kritik massa ulushi mavjud.0,6% dan ortiq, nol-kesish viskozitesi kontsentratsiyaning ortishi bilan tez o'sib boradi C. Turli xil zaryad zichligi bo'lgan uchta namunaning egri chiziqlari juda yaqin.Aksincha, massa ulushi 0,2% dan 0,8% gacha bo'lganida, eng kichik zaryad zichligi bo'lgan LR namunasining nol kesimli viskozitesi eng katta hisoblanadi, chunki vodorod aloqasi assotsiatsiyasi ma'lum bir kontaktni talab qiladi.Demak, zaryad zichligi makromolekulalarning tartibli va ixcham joylashishi bilan chambarchas bog'liq;DSC testi orqali LR ning zaif kristallanish cho'qqisiga ega ekanligi aniqlandi, bu mos zaryad zichligini ko'rsatadi va nol-kesish viskozitesi bir xil konsentratsiyada yuqoriroqdir.Massa ulushi 0,2% dan kam bo'lsa, LR eng kichik bo'ladi, chunki suyultirilgan eritmada zaryad zichligi past bo'lgan makromolekulalar g'altakning orientatsiyasini hosil qiladi, shuning uchun nol kesishgan yopishqoqlik past bo'ladi.Bu qalinlashuv ko'rsatkichlari nuqtai nazaridan yaxshi yo'naltiruvchi ahamiyatga ega.

2.2.3 pH effekti: 6-rasm 0,05% dan 2,5% gacha bo'lgan massa ulushi oralig'ida turli pH da o'lchangan natijadir.0,45% atrofida burilish nuqtasi mavjud, ammo uchta egri deyarli bir-biriga mos keladi, bu pH ning nol kesishgan yopishqoqlikka aniq ta'siri yo'qligini ko'rsatadi, bu anion tsellyuloza efirining pH ga sezgirligidan ancha farq qiladi.

3. Xulosa

KG-30M suyultirilgan suvli eritmasi LLS tomonidan o'rganiladi va olingan gidrodinamik radius taqsimoti bitta tepalikdir.Burchakka bog'liqlik va Rg / Rb nisbati bo'yicha, uning shakli sharsimonga yaqin, lekin etarlicha muntazam emas, degan xulosaga kelish mumkin.Uchta zaryad zichligi bo'lgan CCE eritmalari uchun kontsentratsiyaning ortishi bilan viskozite ortadi, lekin Nyutonning ov soni n avval kamayadi, keyin o'zgaradi va hatto ko'tariladi;pH viskoziteye kam ta'sir qiladi va o'rtacha zaryad zichligi yuqori yopishqoqlikni olishi mumkin.