Tselluloosi eetri derivaadid on keemiliselt modifitseeritud looduslike tselluloospolümeeride klass. Kuna nende suurepärase vee lahustuvuse, viskoossuse reguleerimise jõudlus ja tundlikkus väliste tingimuste, näiteks temperatuuri ja pH suhtes, kasutatakse neid laialdaselt ehitusmaterjalides, kattetes, ravimites, toitudes ja kosmeetikatoodetes. Tselluloosi eetri viskoossuse kontrolli funktsioon on selle laia rakenduse üks põhiomadusi paljudes tööstuslikes ja igapäevastes rakendustes.
1. Tselluloosietrite struktuur ja klassifikatsioon
Tselluloosi eetri derivaadid valmistatakse looduslikust tselluloosist eetrireaktsiooni kaudu. Tselluloos on polümeerühend, mille moodustavad β-1,4-glükosiidsidemetega ühendatud glükoosmonomeerid. Tselluloosi eetri ettevalmistamisprotsess hõlmab tavaliselt tselluloosi hüdroksüül (-OH) osa reageerimist eetriga ainega, et tekitada erinevate asendajatega tselluloosi derivaate (näiteks metoksü, hüdroksüetüül, hüdroksüpropüül jne).
Sõltuvalt asendajast hõlmavad tavaliste tselluloosi eetri derivaatide hulka metüültselluloosi (MC), hüdroksüetüültselluloosi (HEC), hüdroksüpropüülmetüültselluloosi (HPMC), karboksümetüül tselluloosi (CMC) jne. Neil erinevatel tselluloosietooritel on erinevad lahustumisperioodid. Asendajate arv ja asukoht ei mõjuta mitte ainult tselluloosietrite vee lahustuvust, vaid on otseselt seotud nende viskoossuse moodustamisvõimega vesilahustes.
2. viskoossuse moodustumise mehhanism
Tselluloosietrite viskoossus reguleeriv toime tuleneb peamiselt nende lahustumisest vees ja molekulaarsete ahelate pikenduskäitumisest. Kui tselluloosiethers lahustatakse vees, moodustavad polaarrühmad vesiniksidemeid veemolekulidega, põhjustades tselluloosi molekulaarsete ahelate avanemist vees, mille tulemuseks on veemolekulid takerduda tselluloosmolekulide ümber, suurendades vee sisemist hõõrdumist ja suurendades seeläbi lahuse visiooni.
Viskoossuse suurus on tihedalt seotud tselluloosietrite molekulmassi, asendamisastme (DS) ja polümerisatsiooni astmega (DP). Üldiselt, mida suurem on tselluloosietrite molekulmass ja mida pikem molekulaarne ahel, seda suurem on lahuse viskoossus. Samal ajal mõjutavad erinevad asendajad tselluloosi eetri molekulide hüdrofiilsust ja mõjutavad seega nende lahustuvust ja viskoossust vees. Näiteks HPMC -l on hüdroksüpropüül- ja metüülsendajate tõttu hea vee lahustuvus ja viskoossuse stabiilsus. CMC -l on aga suurem viskoossus, kuna see tutvustab negatiivselt laetud karboksüülrühmi, mis suudab vesilahuses veemolekulidega tugevamalt suhelda.
3. Väliste tegurite mõju viskoossusele
Tselluloosi eetri viskoossus ei sõltu mitte ainult omaenda struktuurist, vaid ka välistest keskkonnateguritest, sealhulgas temperatuur, pH väärtus, ioonide kontsentratsioon jne.
3.1 temperatuur
Temperatuur on oluline tegur, mis mõjutab tselluloosi eetri lahuse viskoossust. Üldiselt väheneb tselluloosi eetri lahuse viskoossus temperatuuri tõusuga. Selle põhjuseks on asjaolu, et temperatuuri tõus kiirendab molekulaarset liikumist, nõrgendab molekulide vastastikmõju ja põhjustab vees olevate tselluloosi molekulaarsete ahelate lokkimisastme suurenemist, vähendades seondumise mõju veemolekulidele, vähendades sellega viskoossust. Kuid mõnel tselluloosi etersil (näiteks HPMC) on termilise geelistuse omadused konkreetses temperatuurivahemikus, see tähendab, et temperatuuri tõustes suureneb lahuse viskoossus ja moodustab lõpuks geeli.
3,2 pH väärtus
PH väärtus mõjutab ka tselluloosi eetri viskoossust. Ioonsete asendajate (näiteks CMC) tselluloosietrite puhul mõjutab pH väärtus lahuses olevate asendajate laengu olekut, mõjutades sellega molekulide ja lahuse viskoossuse vastastikmõju. Kõrgemate pH väärtuste korral on karboksüülrühm ioniseeritud, mille tulemuseks on tugevam elektrostaatiline tõrjumine, mis muudab molekulaarse ahela hõlpsamaks ja viskoossuse suurendamiseks; Kui madalama pH väärtuste korral ei ole karboksüülrühm kergesti ioniseeritud, väheneb elektrostaatiline tõrjumine, molekulaarse ahela lokid ja viskoossus väheneb.
3.3 ioonide kontsentratsioon
Ioonkontsentratsiooni mõju tselluloosi eetri viskoossusele on eriti ilmne. Ioonsete asendajatega tselluloosi eetri mõjutab väliste ioonide varjestusmõju lahuses. Ioonide kontsentratsioon lahuses suureneb, välised ioonid nõrgendavad tselluloosi eetri molekulide vahelist elektrostaatilist tõrket, muutes molekulaarse ahela loki tihedamaks, vähendades sellega lahuse viskoossust. Eriti kõrge soolaga keskkonnas väheneb CMC viskoossus märkimisväärselt, millel on rakenduse kavandamisel suur tähtsus.
4. viskoossuse kontroll rakendusväljadel
Tselluloosi eetrit on paljudes valdkondades laialdaselt kasutatud tänu suurepärase viskoossuse kohandamise jõudluse tõttu.
4.1 ehitusmaterjalid
Ehitusmaterjalides kasutatakse tselluloosi eetrit (näiteks HPMC) sageli segu viskoossuse reguleerimiseks kuivade segudega mördis, puttpulbri, plaatide liimi ja muudes toodetes ning suurendades ehituse ajal sujuvust ja antivastaseid omadusi. Samal ajal võib see edasi lükata vee aurustumist, parandada materjalide veepeetust ja parandada seega lõpptoote tugevust ja vastupidavust.
4,2 katted ja tindid
Tselluloosietrid toimivad paksendajana ja stabilisaatoritena veepõhistes kattekihtides ja tintides. Viskoossust kohandades tagavad need katte tasandamise ja adhesiooni ehituse ajal. Lisaks võib see parandada ka kattepindadevastast, vähendada longus ja muuta konstruktsiooni ühtlamaks.
4.3 ravim ja toit
Ravimi ja toidu valdkondades kasutatakse sageli tselluloosietreid (näiteks HPMC, CMC) paksendajana, emulgaatorite või stabilisaatoreid. Näiteks võib HPMC kui tablettide kattematerjal saavutada ravimite püsiva vabanemise mõju, kontrollides lahustumiskiirust. Toigus kasutatakse CMC -d viskoossuse suurendamiseks, maitse parandamiseks ja toidu säilivusaja pikendamiseks.
4.4 Kosmeetika
Tselluloosi eetrite rakendamine kosmeetikas on peamiselt koondunud sellistesse toodetesse nagu emulsioonid, geelid ja näomaskid. Viskoossust kohandades saavad tselluloosietrid anda toote sobivale voolavuse ja tekstuuri ning moodustada nahale niisutava kile, et suurendada mugavust kasutamise ajal.
Tselluloosi eetri derivaadid saavad lahuste viskoossust tõhusalt kontrollida nende ainulaadse molekulaarstruktuuri ja reageerimise kaudu väliskeskkonnale. See on põhjustanud nende laialdase rakenduse paljudes valdkondades, näiteks ehitamine, ravim, toit ja kosmeetika. Teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga laiendatakse tselluloosietrite funktsioone veelgi, et pakkuda täpsemaid viskoossuse kontrollilahendusi rohkemate väljade jaoks.
Postiaeg:-17-2025