Дериватите на целулоза етер се класа на хемиски модифицирани полимери на природна целулоза. Поради нивната одлична растворливост на вода, перформанси за прилагодување на вискозност и чувствителност на надворешни услови како што се температурата и pH вредноста, тие се користат во градежни материјали, облоги, лекови, храна и козметика. Функцијата за контрола на вискозност на целулозата етер е една од основните карактеристики на неговата широка примена во многу индустриски и дневни апликации.
1. Структура и класификација на етери на целулоза
Дериватите на целулоза етер се подготвуваат од природна целулоза преку реакција на етерификација. Целулозата е полимерно соединение формирано од глукозни мономери поврзани со β-1,4-гликозидни врски. Процесот на подготовка на целулоза етер обично вклучува реакција на хидроксил (-OH) дел од целулоза со агент за етерификација за да се генерираат деривати на целулоза со различни супституенти (како што се метокси, хидроксиетил, хидроксипропил, итн.).
Во зависност од супституентот, вообичаените деривати на целулоза етер вклучуваат метил целулоза (MC), хидроксиетил целулоза (HEC), хидроксипропил метил целулоза (HPMC), карбоксиметил целулоза (CMC), итн. Овие различни типови на целулозни етери имаат различни растворливи и вродени вредности. Бројот и позицијата на супституентите не само што влијаат на растворливоста на водата на целулозните етери, туку и директно се однесуваат на нивната способност за формирање на вискозност во водни раствори.
2. Механизам за формирање на вискозност
Ефектот што го регулира вискозноста на етери на целулоза главно произлегува од нивното растворање во вода и однесувањето на продолжување на молекуларните ланци. Кога целулозните етери се раствораат во вода, поларните групи формираат водородни врски со молекули на вода, предизвикувајќи молекуларни ланци на целулоза да се расплетуваат во вода, што резултира во тоа што молекулите на водата се „заплеткани“ околу молекулите на целулоза, зголемувајќи го внатрешното триење на водата и со тоа да се зголеми вискозноста на растворот.
Големината на вискозноста е тесно поврзана со молекуларната тежина, видот на супституентот, степенот на замена (ДС) и степенот на полимеризација (ДП) на етери на целулоза. Општо, колку е поголема молекуларната тежина на целулозните етери и колку е подолг молекуларниот ланец, толку е поголема вискозноста на растворот. Во исто време, различни супституенти влијаат на хидрофилноста на молекулите на целулоза етер и со тоа влијаат на нивната растворливост и вискозност во водата. На пример, HPMC има добра растворливост на вода и стабилност на вискозност заради неговите хидроксипропил и метил супституенти. CMC, сепак, има поголема вискозност затоа што воведува негативно наполнети карбоксилни групи, кои можат посилно да комуницираат со молекулите на водата во воден раствор.
3. Ефект на надворешните фактори врз вискозноста
Вискозноста на целулозата етер не зависи само од сопствената структура, туку и од надворешните фактори на животната средина, вклучително и температурата, вредноста на pH, концентрацијата на јон, итн.
3.1 Температура
Температурата е важен фактор што влијае на вискозноста на растворот на целулоза етер. Општо, вискозноста на растворот на целулоза етер се намалува со зголемување на температурата. Ова е затоа што зголемувањето на температурата го забрзува молекуларното движење, ја ослабува интеракцијата помеѓу молекулите и предизвикува степенот на виткање на молекуларните ланци на целулоза во вода за да се зголеми, намалувајќи го врзувањето на врзувањето врз молекулите на водата, а со тоа да се намали вискозноста. Како и да е, некои етери на целулоза (како што е HPMC) покажуваат карактеристики на термичка гелација во специфичен опсег на температура, односно со зголемувањето на температурата, вискозноста на растворот се зголемува и на крајот формира гел.
3.2 вредност на pH
Вредноста на pH има и значителен ефект врз вискозноста на целулозата етер. За целулозни етери со јонски супституенти (како што е CMC), pH вредноста влијае на состојбата на полнење на супституентите во растворот, а со тоа влијае на интеракцијата помеѓу молекулите и вискозноста на растворот. Со повисоки вредности на pH вредност, карбоксилната група е повеќе јонизирана, што резултира во посилна електростатска одбивност, со што молекуларниот ланец е полесен за расплетување и зголемување на вискозноста; Додека при пониски вредности на pH вредност, карбоксилната група не е лесно јонизирана, електростатската одбивност се намалува, молекуларните кадрици на ланецот и вискозноста се намалува.
3.3 јонска концентрација
Ефектот на јонската концентрација врз вискозноста на целулозата етер е особено очигледен. Целулозата етер со јонски супституенти ќе биде под влијание на заштитниот ефект на надворешните јони во растворот. Како што се зголемува јонската концентрација во растворот, надворешните јони ќе ја ослабнат електростатската одбивност помеѓу молекулите на целулоза етер, со што молекуларниот ланец навивам построго, со што ќе се намали вискозноста на растворот. Особено во високо-сол околина, вискозноста на CMC значително ќе се намали, што е од големо значење за дизајнирање на примена.
4. Контрола на вискозност во полињата за апликација
Целулозата етер е широко користен во многу полиња заради одличните перформанси за прилагодување на вискозноста.
4.1 Градежни материјали
Кај градежните материјали, целулозата етер (како што е HPMC) често се користи во малтер со суво мешано, путер во прав, лепило за плочки и други производи за да се прилагоди вискозноста на смесата и да се подобри флуидноста и анти-лепетените својства за време на изградбата. Во исто време, може да го одложи и испарувањето на водата, да го подобри задржувањето на водата на материјалите и со тоа да ја подобри силата и издржливоста на финалниот производ.
4.2 Обложувања и мастила
Етероза на целулоза делува како задебелувачи и стабилизатори во облоги и мастила засновани на вода. Со прилагодување на вискозноста, тие обезбедуваат израмнување и адхезија на облогата за време на изградбата. Покрај тоа, може да го подобри и анти-распрскувачот на облогата, да го намали вревата и да ја направи изградбата повеќе униформа.
4.3 Медицина и храна
Во областа на медицината и храната, целулозните етери (како што се HPMC, CMC) често се користат како задебелувачи, емулгатори или стабилизатори. На пример, HPMC, како материјал за обложување на таблети, може да постигне одржлив ефект на ослободување на лекови со контрола на стапката на растворање. Во храната, CMC се користи за зголемување на вискозноста, подобрување на вкусот и продолжување на рокот на траење на храната.
4.4 Козметика
Примената на целулозни етери во козметиката е главно концентрирана во производи како што се емулзии, гелови и маски за лице. Со прилагодување на вискозноста, целулозните етери можат да му дадат на производот соодветна флуидност и текстура и да формираат навлажнувачки филм на кожата за да ја зголемат удобноста за време на употребата.
Дериватите на целулоза етер можат ефикасно да го контролираат вискозноста на решенијата преку нивната уникатна молекуларна структура и одговорност на надворешното опкружување. Ова доведе до нивна широка примена на многу полиња, како што се градежништвото, медицината, храната и козметиката. Со континуиран развој на науката и технологијата, функциите на целулозни етери ќе бидат дополнително проширени за да обезбедат попрецизни решенија за контрола на вискозност за повеќе полиња.
Време на објавување: февруари-17-2025 година