Derivati etera celuloze klasa su kemijski modificiranih prirodnih polimera celuloze. Zbog izvrsne topljivosti vode, performansi prilagodbe viskoznosti i osjetljivosti na vanjske uvjete kao što su temperatura i pH, oni se široko koriste u građevinskim materijalima, premazima, lijekovima, hrani i kozmetici. Funkcija kontrole viskoznosti celuloznog etera jedna je od glavnih karakteristika njegove široke primjene u mnogim industrijskim i svakodnevnim primjenama.
1. Struktura i klasifikacija celuloznih etera
Derivati celuloznog etera pripremaju se iz prirodne celuloze reakcijom eterifikacije. Celuloza je polimerni spoj nastao monomerima glukoze povezanim β-l,4-glikozidnim vezama. Proces pripreme celuloznog etera obično uključuje reagiranje hidroksilnog (-OH) dijela celuloze s agensom eterifikacije za stvaranje derivata celuloze s različitim supstituentima (poput metoksi, hidroksietil, hidroksipropil, itd.).
Ovisno o supstituentima, uobičajeni derivati celuloznog etera uključuju metil celulozu (MC), hidroksietil celulozu (HEC), hidroksipropil metil celulozu (HPMC), karboksimetil celulolo (CMC), itd. Ove različite vrste et -etera. Broj i položaj supstituenata ne samo da utječu na topljivost vode celuloznih etera, već se izravno odnose na njihovu viskoznost koja formira sposobnost u vodenim otopinama.
2. Mehanizam za stvaranje viskoznosti
Viskoznost koja regulira učinak etera celuloze uglavnom dolazi iz njihovog otapanja u vodi i ponašanja proširenja molekularnih lanaca. Kad se eteteri celuloze otopi u vodi, polarne skupine tvore vodikove veze s molekulama vode, uzrokujući da se molekularni lanci celuloze odvijaju u vodi, što rezultira time da se molekule vode „zaplete“ oko molekula celuloze, povećavajući unutarnje friranje vode i povećavajući viskoznost otopine.
Jačina viskoznosti usko je povezana s molekularnom masom, supstituentskom vrstom, stupnjem supstitucije (DS) i stupnjem polimerizacije (DP) eternih celuloza. Općenito, što je veća molekularna težina etera celuloze i duži je molekularni lanac, veća je viskoznost otopine. Istodobno, različiti supstituenti utječu na hidrofilnost molekula celuloznog etera i na taj način utječu na njihovu topljivost i viskoznost u vodi. Na primjer, HPMC ima dobru topljivost vode i stabilnost viskoznosti zbog svojih hidroksipropilnih i metilnih supstituenata. CMC, međutim, ima veću viskoznost jer uvodi negativno nabijene karboksilne skupine, koje mogu snažnije komunicirati s molekulama vode u vodenoj otopini.
3. Učinak vanjskih čimbenika na viskoznost
Viskoznost etera celuloze ne ovisi samo o vlastitoj strukturi, već i o vanjskim okolišnim čimbenicima, uključujući temperaturu, vrijednost pH, koncentraciju iona itd.
3.1 temperatura
Temperatura je važan čimbenik koji utječe na viskoznost otopine etera celuloze. Općenito, viskoznost otopine etera celuloze smanjuje se s povećanjem temperature. To je zato što povećanje temperature ubrzava molekularno gibanje, slabi interakciju između molekula i uzrokuje povećanje stupnja uvijanja molekularnih lanca celuloze u vodi, smanjujući učinak vezanja na molekule vode, smanjujući na taj način viskoznost. Međutim, neki celulozni eteri (poput HPMC -a) pokazuju karakteristike toplinske gelacije unutar određenog temperaturnog raspona, to jest, kako se temperatura povećava, viskoznost otopine raste i na kraju tvori gel.
3,2 pH vrijednost
PH vrijednost također ima značajan utjecaj na viskoznost etera celuloze. Za celulozne etere s ionskim supstituentima (kao što je CMC), vrijednost pH utječe na stanje naboja supstituenata u otopini, što utječe na interakciju između molekula i viskoznost otopine. Pri višim vrijednostima pH, karboksilna skupina je više ionizirana, što rezultira jačim elektrostatičkim odbojkom, olakšavajući molekularni lanac lakše i povećavajući viskoznost; Iako se pri nižim vrijednostima pH, karboksilna skupina nije lako ionizirala, smanjuje se elektrostatičko odboj, molekularni kovrčavi kovrča i viskoznost se smanjuje.
3.3 koncentracija iona
Učinak koncentracije iona na viskoznost etera celuloze je posebno očit. Na celulozni eter s ionskim supstituentima utjecat će utjecaj zaštite vanjskih iona u otopini. Kako se koncentracija iona u otopini povećava, vanjski ioni oslabit će elektrostatičko odboj između molekula celuloznog etera, čineći molekularni kovrčava uvijajući se strože, smanjujući na taj način viskoznost otopine. Osobito u okruženju s visokim soli, viskoznost CMC-a značajno će se smanjiti, što je od velikog značaja za dizajn primjene.
4. Kontrola viskoznosti u poljima primjene
Celulozni eter široko se koristi u mnogim poljima zbog izvrsnih performansi prilagodbe viskoznosti.
4.1 Građevinski materijal
Kod građevinskih materijala, celulozni eter (poput HPMC) često se koristi u suho miješanom maltera, kitu u prahu, ljepljivim pločicama i drugim proizvodima kako bi se prilagodila viskoznost smjese i pojačala svojstva fluidnosti i antispacije tijekom izgradnje. Istodobno, također može odgoditi isparavanje vode, poboljšati zadržavanje vode materijala i na taj način poboljšati snagu i izdržljivost konačnog proizvoda.
4.2 Prevlake i tinte
Celulozni eteri djeluju kao zgušnjivači i stabilizatori u vodenim premazama i mastilama. Podešavanjem viskoznosti osiguravaju izravnavanje i prianjanje premaza tijekom konstrukcije. Osim toga, može poboljšati i anti-raspršivanje premaza, smanjiti propadanje i učiniti konstrukciju ujednačelju.
4.3 Medicina i hrana
U područjima medicine i hrane, etteri celuloze (poput HPMC -a, CMC) često se koriste kao zgušnjivači, emulgatori ili stabilizatori. Na primjer, HPMC, kao materijal za oblaganje tableta, može postići trajni učinak lijekova kontrolirajući brzinu otapanja. U hrani se CMC koristi za povećanje viskoznosti, poboljšanje ukusa i proširenje roka hrane.
4.4 Kozmetika
Primjena celuloznih etera u kozmetici uglavnom je koncentrirana u proizvodima kao što su emulzije, gelovi i maske za lice. Podešavanjem viskoznosti, celulozni eteri mogu proizvodu dati odgovarajuću fluidnost i teksturu i formirati hidratantni film na koži kako bi se povećala udobnost tijekom upotrebe.
Derivati celuloznog etera mogu učinkovito kontrolirati viskoznost otopina kroz svoju jedinstvenu molekularnu strukturu i reaktivnost na vanjsko okruženje. To je dovelo do njihove široke primjene u mnogim područjima kao što su izgradnja, medicina, hrana i kozmetika. Uz kontinuirani razvoj znanosti i tehnologije, funkcije etera celuloze bit će dodatno proširene kako bi se pružile preciznija rješenja za kontrolu viskoznosti za više polja.
Post Vrijeme: 17-2025