Kakav je učinak temperature na topljivost etera celuloze?

Na topljivost vode modificiranog celuloznog etera utječe temperatura. Općenito govoreći, većina celuloznih etera topljiva je u vodi pri niskim temperaturama. Kad temperatura raste, njihova topljivost postupno postaje loša i na kraju postaje netopljiva. Donja kritična temperatura otopine (LCST: niža temperatura kritične otopine) važan je parametar za karakterizaciju promjene topljivosti etera celuloze kada se temperatura promijeni, to je, iznad niže temperature kritične otopine, eter celuloze netopljiv u vodi.

Proučavano je zagrijavanje vodenih otopina metilceluloze i objašnjeno je mehanizam promjene promjene u topljivosti. Kao što je gore spomenuto, kada je otopina metilceluloze na niskoj temperaturi, makromolekule su okružene molekulama vode kako bi tvorile strukturu kaveza. Toplina primijenjena porastom temperature razbit će vodikove veze između molekule vode i molekule MC, supramolekularna struktura slična kavezu bit će uništena, a molekula vode će se osloboditi iz vezanja vodikove veze da postane molekula slobodne vode, dok je metil izloženo izloženo methil lancu, što je celulozina macromola hidroksipropil metilceluloza termički inducirani hidrogel. Ako su metilne skupine na istom molekularnom lancu hidrofobično vezane, ova intramolekularna interakcija učinit će da se cijela molekula čini namotana. Međutim, povećanje temperature pojačat će gibanje segmenta lanca, hidrofobna interakcija u molekuli bit će nestabilna, a molekularni lanac će se promijeniti iz zavojnog stanja u produženo stanje. U ovom trenutku hidrofobna interakcija između molekula počinje dominirati. Kad se temperatura postupno povećava, sve se više vodikovih veza pokvari, a sve više molekula etera od celuloze odvojeno je od strukture kaveza, a makromolekule koje su bliže jedna drugoj okupljaju se hidrofobnim interakcijama kako bi se stvorilo hidrofobni agregat. S daljnjim porastom temperature na kraju su sve vodikove veze pokvarene, a njegova hidrofobna povezanost doseže maksimalno, povećavajući broj i veličinu hidrofobnih agregata. Tijekom ovog procesa, metilceluloza postaje progresivno netopljiva i na kraju potpuno netopljiva u vodi. Kad se temperatura digne do točke u kojoj se između makromolekula formira trodimenzionalna mrežna struktura, čini se da formira gel makroskopski.

Jun Gao i George Haidar i suradnici proučavali su temperaturni učinak vodene otopine hidroksipropil celuloze pomoću raspršivanja svjetlosti i predložili da je niža temperatura kritične otopine hidroksipropil celuloze oko 410 ° C. Na temperaturi nižoj od 390 ° C, jedan molekularni lanac hidroksipropil celuloze nalazi se u nasumično namotanom stanju, a raspodjela hidrodinamičkog polumjera molekula je široka, a ne postoji agregacija između makromolekula. Kad se temperatura poveća na 390 ° C, hidrofobna interakcija između molekularnih lanaca postaje jača, makromolekule se agregiraju, a topljivost vode polimera postaje loša. Međutim, na ovoj temperaturi, samo mali dio molekula hidroksipropil celuloze tvore neke labave agregate koji sadrže samo nekoliko molekularnih lanaca, dok je većina molekula još uvijek u stanju raspršenih pojedinačnih lanaca. Kad temperatura poraste na 400 ° C, više makromolekula sudjeluje u stvaranju agregata, a topljivost postaje sve gora i lošija, ali u ovom trenutku neke su molekule još uvijek u stanju pojedinačnih lanaca. Kada je temperatura u rasponu od 410C-440C, zbog snažnog hidrofobnog učinka na višim temperaturama, više se molekula okupljaju kako bi tvorile veće i gušće nanočestice s relativno ujednačenom raspodjelom. Nadmorske visine postaju veće i gušće. Stvaranje ovih hidrofobnih agregata dovodi do stvaranja regija visoke i niske koncentracije polimera u otopini, takozvanog odvajanja mikroskopske faze.

Treba istaknuti da su agregati nanočestica u kinetički stabilnom stanju, a ne u termodinamički stabilnom stanju. To je zato što je, iako je početna struktura kaveza uništena, još uvijek postoji snažna vodikova veza između hidrofilne hidroksilne skupine i molekule vode, što sprečava hidrofobne skupine poput metil i hidroksipropil iz kombinacije između. Agregati nanočestica dostigli su dinamičku ravnotežu i stabilno stanje pod zglobnim utjecajem dvaju učinaka.

Pored toga, studija je također otkrila da stopa grijanja također utječe na stvaranje agregiranih čestica. Brže brzine zagrijavanja, agregacija molekularnih lanaca je brža, a veličina formiranih nanočestica je manja; A kad je brzina grijanja sporija, makromolekule imaju više mogućnosti formiranja agregata nanočestica veće veličine.