Pochodne eteru celulozy są klasą chemicznie zmodyfikowanych naturalnych polimerów celulozowych. Ze względu na doskonałą rozpuszczalność wody, wydajność dostosowania lepkości i wrażliwość na warunki zewnętrzne, takie jak temperatura i pH, są one szeroko stosowane w materiałach budowlanych, powłokach, lekach, żywności i kosmetykach. Funkcja kontroli lepkości eteru celulozy jest jedną z podstawowych cech jego szerokiego zastosowania w wielu zastosowaniach przemysłowych i codziennych.
1. Struktura i klasyfikacja eterów celulozy
Pochodne eteru celulozy są przygotowywane z naturalnej celulozy poprzez reakcję eteryfikacji. Celuloza jest związkiem polimerowym utworzonym przez monomery glukozy połączone wiązaniami β-1,4-glikozydowymi. Proces przygotowania eteru celulozy zwykle obejmuje reakcję części hydroksylowej (-OH) celulozy za pomocą środka eteryfikacyjnego w celu generowania pochodnych celulozy z różnymi podstawnikami (takimi jak metoksy, hydroksyetyl, hydroksypropyl itp.).
W zależności od podstawnika wspólne pochodne eteru celulozowego obejmują metylocelulozę (MC), hydroksyetylocelulozę (HEC), hydroksypropylocelulozę (HPMC), karboksymetyloceluloza (CMC) itp. Różne typy eterów cellulozy mają różne właściwości rozwiązania i lepkości lepkości. Liczba i pozycja podstawników nie tylko wpływają na rozpuszczalność w wodzie eterów celulozy, ale także bezpośrednio odnoszą się do ich zdolności tworzenia lepkości w roztworach wodnych.
2. Mechanizm tworzenia lepkości
Lepkość regulująca działanie eterów celulozy wynika głównie z ich rozpuszczania w wodzie i zachowania rozszerzenia łańcuchów molekularnych. Gdy etyki celulozy są rozpuszczane w wodzie, grupy polarne tworzą wiązania wodorowe z cząsteczkami wody, powodując rozwój łańcuchów molekularnych celulozy w wodzie, powodując „splątane” wokół cząsteczek celulozowych, zwiększając wewnętrzne tarcia wody, a tym samym zwiększenie lepkości roztworu.
Wielkość lepkości jest ściśle związana z masą cząsteczkową, rodzajem podstawnika, stopniem podstawienia (DS) i stopniem polimeryzacji (DP) eterów celulozy. Zasadniczo im większa masa cząsteczkowa eterów celulozy i dłuższy łańcuch cząsteczkowy, tym wyższa lepkość roztworu. Jednocześnie różne podstawniki wpływają na hydrofilowość cząsteczek eteru celulozowego, a tym samym wpływają na ich rozpuszczalność i lepkość w wodzie. Na przykład HPMC ma dobrą rozpuszczalność w wodzie i stabilność lepkości ze względu na podstawy hydroksypropylowe i metylowe. CMC ma jednak wyższą lepkość, ponieważ wprowadza ujemnie naładowane grupy karboksylowe, które mogą silniej oddziaływać z cząsteczkami wody w roztworze wodnym.
3. Wpływ czynników zewnętrznych na lepkość
Lepkość eteru celulozowego zależy nie tylko od jego własnej struktury, ale także od zewnętrznych czynników środowiskowych, w tym temperatury, wartości pH, stężenia jonów itp.
3.1 Temperatura
Temperatura jest ważnym czynnikiem wpływającym na lepkość roztworu eteru celulozy. Zasadniczo lepkość roztworu eteru celulozy zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury. Wynika to z faktu, że wzrost temperatury przyspiesza ruch cząsteczkowy, osłabia interakcję między cząsteczkami i powoduje zwiększenie stopnia zwijania łańcuchów molekularnych celulozy w wodzie, zmniejszając działanie wiązania na cząsteczki wody, zmniejszając w ten sposób lepkość. Jednak niektóre etyki celulozy (takie jak HPMC) wykazują charakterystykę żelowania termicznego w określonym zakresie temperatur, to znaczy wraz ze wzrostem temperatury lepkość roztworu wzrasta i ostatecznie tworzy żel.
3.2 Wartość pH
Wartość pH ma również znaczący wpływ na lepkość eteru celulozowego. W przypadku eterów celulozy z podstawnikami jonowymi (takimi jak CMC) wartość pH wpływa na stan ładowania podstawników w roztworze, wpływając w ten sposób na interakcję między cząsteczkami i lepkość roztworu. Przy wyższych wartościach pH grupa karboksylowa jest bardziej zjonizowana, co powoduje silniejsze odpychanie elektrostatyczne, co ułatwia rozkładanie łańcucha molekularnego i zwiększając lepkość; Podczas gdy przy niższych wartościach pH grupa karboksylowa nie jest łatwo jonizowana, odpychanie elektrostatyczne jest zmniejszone, loki łańcucha molekularnego, a lepkość maleje.
3.3 Stężenie jonów
Wpływ stężenia jonów na lepkość eteru celulozowego jest szczególnie oczywisty. Na eter celulozowy z podstawnikami jonowymi wpłynie wpływ ekranowania jonów zewnętrznych w roztworze. Wraz ze wzrostem stężenia jonów w roztworze, jony zewnętrzne osłabią odpychanie elektrostatyczne między cząsteczkami eteru celulozy, powodując mocniej zwijanie łańcucha molekularnego, zmniejszając w ten sposób lepkość roztworu. Zwłaszcza w środowisku o wysokiej soli, lepkość CMC znacznie się zmniejszy, co ma ogromne znaczenie dla projektowania aplikacji.
4. Kontrola lepkości w polach aplikacji
Eter celulozy był szeroko stosowany w wielu dziedzinach ze względu na jego doskonałą wydajność dostosowania lepkości.
4.1 Materiały budowlane
W materiałach budowlanych eter celulozowy (taki jak HPMC) jest często stosowany w zaprawie do zamieszkania na sucho, proszku, kleju z płytek i innych produktów w celu dostosowania lepkości mieszaniny i zwiększenia właściwości płynności i przeciwstażenia podczas budowy. Jednocześnie może również opóźniać odparowanie wody, poprawić zatrzymanie wody przez wodę, a tym samym poprawić wytrzymałość i trwałość produktu końcowego.
4.2 Powłoki i atramenty
Etery celulozy działają jak zagęszczacze i stabilizatory w powłokach i atramentach wodnych. Dostosowując lepkość, zapewniają wyrównanie i przyczepność powłoki podczas budowy. Ponadto może również poprawić antyplashowanie powłoki, zmniejszyć zwiotczenie i uczynić konstrukcję bardziej jednolitą.
4.3 Medycyna i jedzenie
W dziedzinach medycyny i żywności etery celulozy (takie jak HPMC, CMC) są często stosowane jako zagęszczacze, emulgatory lub stabilizatory. Na przykład HPMC, jako materiał powłoki dla tabletek, może osiągnąć działanie leków o długotrwałym uwalnianiu poprzez kontrolowanie szybkości rozpuszczania. W żywności CMC służy do zwiększenia lepkości, poprawy smaku i przedłużenia okresu trwałości żywności.
4.4 Kosmetyki
Zastosowanie eterów celulozy w kosmetykach koncentruje się głównie w produktach takich jak emulsje, żele i maski na twarz. Dostosowując lepkość, etery celulozy mogą nadać produktowi odpowiednią płynność i teksturę oraz tworzyć nawilżającą folię na skórze, aby zwiększyć komfort podczas użytkowania.
Pochodne eteru celulozy mogą skutecznie kontrolować lepkość roztworów poprzez ich unikalną strukturę molekularną i reakcję na środowisko zewnętrzne. Doprowadziło to do ich szerokiego zastosowania w wielu dziedzinach, takich jak budowa, medycyna, jedzenie i kosmetyki. Wraz z ciągłym rozwojem nauki i technologii funkcje eterów celulozy zostaną dalej rozszerzone, aby zapewnić bardziej precyzyjne rozwiązania kontroli lepkości dla większej liczby pól.
Czas po: 17-2025 lutego