Tính chất của dung dịch Ether Cellulose cation

Các đặc tính dung dịch loãng của ete xenluloza cation mật độ điện tích cao (KG-30M) ở các giá trị pH khác nhau đã được nghiên cứu bằng thiết bị tán xạ laser, từ bán kính thủy động lực học (Rh) ở các góc khác nhau và bán kính quay bình phương trung bình gốc Rg Tỷ lệ với Rh cho thấy hình dạng của nó không đều nhưng gần giống hình cầu.Sau đó, với sự trợ giúp của máy đo lưu biến, ba dung dịch đậm đặc ete cellulose cation với mật độ điện tích khác nhau đã được nghiên cứu chi tiết và ảnh hưởng của nồng độ, giá trị pH và mật độ điện tích của chính nó đến các đặc tính lưu biến của nó đã được thảo luận.Khi nồng độ tăng lên, số mũ Newton ban đầu giảm xuống, sau đó giảm xuống.Sự dao động hoặc thậm chí bật lại xảy ra và hành vi thixotropic xảy ra ở mức 3% (phần khối lượng).Mật độ điện tích vừa phải có lợi để đạt được độ nhớt không cắt cao hơn và độ pH ít ảnh hưởng đến độ nhớt của nó.

Từ khóa:ete cellulose cation;hình thái;độ nhớt cắt bằng không;lưu biến học

Các dẫn xuất cellulose và các polyme chức năng biến đổi của chúng đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản phẩm sinh lý và vệ sinh, hóa dầu, y học, thực phẩm, sản phẩm chăm sóc cá nhân, bao bì, v.v. ete cellulose cation hòa tan trong nước (CCE) là do nó có độ dày mạnh khả năng, nó được sử dụng rộng rãi trong các hóa chất hàng ngày, đặc biệt là dầu gội và có thể cải thiện khả năng dễ chải của tóc sau khi gội đầu.Đồng thời, vì khả năng tương thích tốt nên có thể sử dụng trong dầu gội hai trong một và tất cả trong một.Nó cũng có triển vọng ứng dụng tốt và đã thu hút sự chú ý của nhiều quốc gia.Trong tài liệu đã báo cáo rằng các dung dịch dẫn xuất cellulose thể hiện các hành vi như chất lỏng Newton, chất lỏng giả dẻo, chất lỏng thixotropic và chất lỏng nhớt đàn hồi khi tăng nồng độ, nhưng hình thái, tính lưu biến và các yếu tố ảnh hưởng của ete cellulose cation trong dung dịch nước Có rất ít báo cáo nghiên cứu.Bài viết này tập trung vào đặc tính lưu biến của dung dịch nước cellulose biến tính amoni bậc bốn, nhằm cung cấp tài liệu tham khảo cho ứng dụng thực tế.

1. Phần thí nghiệm

1.1 Nguyên liệu thô

Ête xenluloza cation (KG-30M, JR-30M, LR-30M);Sản phẩm của Công ty Hóa chất Dow Canada, do Trung tâm R&D Kobe của Công ty Procter & Gamble tại Nhật Bản cung cấp, được đo bằng máy phân tích nguyên tố Vario EL (Công ty Elemental của Đức), mẫu có hàm lượng nitơ lần lượt là 2,7%, 1,8%, 1,0% (mật độ điện tích là 1,9 Meq/g, 1,25 Meq/g, 0,7 Meq/g) và được kiểm tra bằng thiết bị tán xạ ánh sáng laser ALV-5000E của Đức (LLS) đo được trọng lượng phân tử trung bình của nó là khoảng 1,64×106g/mol.

1.2 Chuẩn bị dung dịch

Mẫu được tinh chế bằng cách lọc, thẩm tách và đông khô.Cân một loạt ba mẫu định lượng tương ứng và thêm dung dịch đệm chuẩn có pH 4,00, 6,86, 9,18 để chuẩn bị nồng độ cần thiết.Để đảm bảo các mẫu được hòa tan hoàn toàn, tất cả các dung dịch mẫu được đặt trên máy khuấy từ trong 48 giờ trước khi thử nghiệm.

1.3 Đo tán xạ ánh sáng

Sử dụng LLS để đo trọng lượng phân tử trung bình của mẫu trong dung dịch nước loãng, bán kính thủy động lực học và căn bậc hai bán kính quay bình phương khi hệ số Villi thứ hai và các góc khác nhau), và suy ra rằng ete xenlulo cation này nằm trong dung dịch nước theo trạng thái tỷ lệ của nó.

1.4 Đo độ nhớt và điều tra lưu biến

Dung dịch CCE đậm đặc đã được nghiên cứu bằng máy đo lưu biến Brookfield RVDV-III+ và ảnh hưởng của nồng độ, mật độ điện tích và giá trị pH đến các đặc tính lưu biến như độ nhớt của mẫu đã được nghiên cứu.Ở nồng độ cao hơn, cần phải nghiên cứu khả năng thixotropy của nó.

2. Kết quả và thảo luận

2.1 Nghiên cứu về tán xạ ánh sáng

Do cấu trúc phân tử đặc biệt nên khó có thể tồn tại ở dạng đơn phân tử ngay cả trong dung môi tốt mà ở dạng các mixen, cụm hoặc liên kết ổn định nhất định.

Khi quan sát dung dịch nước loãng (~ o.1%) của CCE bằng kính hiển vi phân cực, dưới nền của trường trực giao chữ thập màu đen, các đốm sáng và vạch sáng “sao” xuất hiện.Nó còn được đặc trưng hơn nữa bởi sự tán xạ ánh sáng, bán kính thủy động lực học ở các độ pH và góc khác nhau, bán kính quay bình phương trung bình gốc và hệ số Villi thứ hai thu được từ sơ đồ Berry được liệt kê trong Tab.1. Đồ thị phân bố của hàm bán kính thủy động lực thu được ở nồng độ 10-5 chủ yếu là một đỉnh đơn, nhưng phân bố rất rộng (Hình 1), cho thấy có sự liên kết ở cấp độ phân tử và tập hợp lớn trong hệ thống ;Có những thay đổi và các giá trị Rg/Rb đều ở khoảng 0,775, cho thấy hình dạng của CCE trong dung dịch gần giống hình cầu, nhưng không đủ đều đặn.Ảnh hưởng của pH đến Rb và Rg là không rõ ràng.Phản ion trong dung dịch đệm tương tác với CCE để che chắn điện tích trên chuỗi bên của nó và làm cho nó co lại, nhưng sự khác biệt thay đổi tùy theo loại phản ion.Phép đo tán xạ ánh sáng của các polyme tích điện dễ bị tương tác lực tầm xa và nhiễu từ bên ngoài, do đó có một số lỗi và hạn chế nhất định trong đặc tính LLS.Khi phần khối lượng lớn hơn 0,02%, hầu hết có các đỉnh kép không thể tách rời hoặc thậm chí có nhiều đỉnh trong sơ đồ phân bố Rh.Khi nồng độ tăng, Rh cũng tăng, chứng tỏ có nhiều đại phân tử được liên kết hoặc thậm chí tổng hợp hơn.Khi Cao và cộng sự.đã sử dụng phương pháp tán xạ ánh sáng để nghiên cứu chất đồng trùng hợp của carboxymethyl cellulose và các đại phân tử hoạt động bề mặt, cũng có các đỉnh kép không thể tách rời, một trong số đó nằm trong khoảng từ 30nm đến 100nm, đại diện cho sự hình thành các mixen ở cấp độ phân tử và đỉnh còn lại là Rh tương đối lớn, được coi là tổng hợp, tương tự như kết quả được xác định trong bài báo này.

2.2 Nghiên cứu hành vi lưu biến

2.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ:Đo độ nhớt biểu kiến ​​của dung dịch KG-30M với nồng độ khác nhau ở tốc độ cắt khác nhau và theo dạng logarit của phương trình định luật lũy thừa do Ostwald-Dewaele đề xuất, khi phần khối lượng không vượt quá 0,7% và một dãy đường thẳng với hệ số tương quan tuyến tính lớn hơn 0,99 đã thu được.Và khi nồng độ tăng lên, giá trị số mũ Newton n giảm (tất cả đều nhỏ hơn 1), cho thấy một chất lỏng giả dẻo rõ ràng.Được thúc đẩy bởi lực cắt, các chuỗi phân tử bắt đầu gỡ rối và định hướng, do đó độ nhớt giảm.Khi phần khối lượng lớn hơn 0,7%, hệ số tương quan tuyến tính của đường thẳng thu được giảm (khoảng 0,98) và n bắt đầu dao động hoặc thậm chí tăng khi tăng nồng độ;khi phần khối lượng đạt 3% (Hình 2), bảng Độ nhớt biểu kiến ​​đầu tiên tăng và sau đó giảm khi tốc độ cắt tăng.Chuỗi hiện tượng này khác với các báo cáo về các dung dịch polyme anion và cation khác.Giá trị n tăng lên, tức là tính chất phi Newton bị suy yếu;Chất lỏng Newton là một chất lỏng nhớt và sự trượt giữa các phân tử xảy ra dưới tác dụng của ứng suất cắt và không thể phục hồi được;chất lỏng phi Newton chứa một phần đàn hồi có thể phục hồi được và một phần nhớt không thể phục hồi được.Dưới tác động của ứng suất cắt, xảy ra sự trượt không thể đảo ngược giữa các phân tử, đồng thời do các đại phân tử bị kéo căng và định hướng theo lực cắt nên một phần đàn hồi có thể phục hồi được hình thành.Khi loại bỏ ngoại lực, các đại phân tử có xu hướng trở về dạng cuộn tròn ban đầu nên giá trị của n tăng lên.Sự tập trung tiếp tục tăng lên để hình thành một cấu trúc mạng lưới.Khi ứng suất cắt nhỏ sẽ không bị phá hủy mà chỉ xảy ra biến dạng đàn hồi.Lúc này, độ đàn hồi sẽ được tăng cường tương đối, độ nhớt sẽ yếu đi và giá trị của n sẽ giảm;trong khi ứng suất cắt tăng dần trong quá trình đo nên giá trị dao động.Khi phần khối lượng đạt 3%, độ nhớt biểu kiến ​​đầu tiên tăng lên rồi giảm xuống, do lực cắt nhỏ thúc đẩy sự va chạm của các đại phân tử để tạo thành các tập hợp lớn, do đó độ nhớt tăng lên và ứng suất cắt tiếp tục phá vỡ các tập hợp., độ nhớt sẽ giảm trở lại.

Trong nghiên cứu hiện tượng thixotropy, hãy đặt tốc độ (r/min) để đạt y mong muốn, tăng tốc độ đều đặn cho đến khi đạt đến giá trị đã đặt, sau đó nhanh chóng giảm từ tốc độ tối đa về giá trị ban đầu để đạt được giá trị tương ứng. Ứng suất cắt, mối quan hệ của nó với tốc độ cắt được thể hiện trong Hình 3. Khi phần khối lượng nhỏ hơn 2,5%, đường cong hướng lên và đường cong hướng xuống hoàn toàn trùng nhau, nhưng khi phần khối lượng là 3%, hai đường thẳng không sự chồng chéo dài hơn và đường đi xuống tụt lại phía sau, biểu thị tính thixotropy.

Sự phụ thuộc thời gian của ứng suất cắt được gọi là sức kháng lưu biến.Độ bền lưu biến là một hành vi đặc trưng của chất lỏng nhớt và chất lỏng có cấu trúc thixotropic.Người ta thấy rằng y càng lớn ở cùng một phần khối lượng thì r đạt đến trạng thái cân bằng càng nhanh và sự phụ thuộc vào thời gian càng nhỏ;ở phần khối lượng thấp hơn (<2%), CCE không thể hiện khả năng kháng lưu biến.Khi phần khối lượng tăng lên 2,5%, nó cho thấy sự phụ thuộc mạnh mẽ vào thời gian (Hình 4) và mất khoảng 10 phút để đạt đến trạng thái cân bằng, trong khi ở mức 3,0%, thời gian cân bằng mất 50 phút.Khả năng thixotropy tốt của hệ thống có lợi cho ứng dụng thực tế.

2.2.2 Ảnh hưởng của mật độ điện tích:dạng logarit của công thức thực nghiệm Spencer-Dillon được chọn, trong đó độ nhớt cắt bằng 0, b không đổi ở cùng nồng độ và nhiệt độ khác nhau, và tăng khi tăng nồng độ ở cùng nhiệt độ.Theo phương trình định luật lũy thừa được Onogi áp dụng năm 1966, M là khối lượng phân tử tương đối của polyme, A và B là các hằng số và c là phần khối lượng (%).Quả sung．5 Ba đường cong có điểm uốn rõ ràng khoảng 0,6%, nghĩa là có phần khối lượng tới hạn.Hơn 0,6%, độ nhớt không cắt tăng nhanh khi tăng nồng độ C. Đường cong của ba mẫu có mật độ điện tích khác nhau rất gần nhau.Ngược lại, khi phần khối lượng nằm trong khoảng từ 0,2% đến 0,8%, độ nhớt cắt 0 của mẫu LR có mật độ điện tích nhỏ nhất là lớn nhất, vì liên kết hydro đòi hỏi một sự tiếp xúc nhất định.Do đó, mật độ điện tích có liên quan chặt chẽ đến việc liệu các đại phân tử có thể được sắp xếp một cách có trật tự và chặt chẽ hay không;thông qua thử nghiệm DSC, người ta thấy rằng LR có đỉnh kết tinh yếu, cho thấy mật độ điện tích phù hợp và độ nhớt không cắt cao hơn ở cùng nồng độ.Khi phần khối lượng nhỏ hơn 0,2% thì LR là nhỏ nhất, vì trong dung dịch loãng, các đại phân tử có mật độ điện tích thấp dễ hình thành định hướng cuộn dây nên độ nhớt cắt bằng 0 thấp.Điều này có ý nghĩa hướng dẫn tốt về hiệu suất làm dày.

2.2.3 Hiệu ứng pH: Hình 6 là kết quả được đo ở các độ pH khác nhau trong khoảng từ 0,05% đến 2,5% khối lượng.Có một điểm uốn khoảng 0,45%, nhưng ba đường cong gần như trùng nhau, cho thấy độ pH không có ảnh hưởng rõ ràng đến độ nhớt không cắt, khác hẳn với độ nhạy của ete cellulose anion với pH.

3. Kết luận

Dung dịch nước pha loãng KG-30M được LLS nghiên cứu và phân bố bán kính thủy động lực học thu được là một đỉnh đơn.Từ sự phụ thuộc góc và tỷ lệ Rg/Rb, có thể suy ra rằng hình dạng của nó gần giống hình cầu, nhưng không đủ đều đặn.Đối với các dung dịch CCE có ba mật độ điện tích, độ nhớt tăng khi nồng độ tăng, nhưng số săn Newton n ban đầu giảm, sau đó dao động và thậm chí tăng;Độ pH ít ảnh hưởng đến độ nhớt và mật độ điện tích vừa phải có thể thu được độ nhớt cao hơn.